超聲波焊接機(jī)主要由如下幾個(gè)部分組成：發(fā)生器、氣動(dòng)部分、程序控制部分，換能器部分。發(fā)生器主要作用是將工頻50HZ的電源利用電子線路轉(zhuǎn)化成高頻（例如20KHZ）的高壓電波。
超聲波焊接機(jī)高壓電波氣動(dòng)部分主要作用是在加工過程中完成加壓、保壓等壓力工作需要。程序控制部分控制整部機(jī)器的工作流程，做到一致的加工效果。換能器部分是將發(fā)生器產(chǎn)生的高壓電波轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，經(jīng)過傳遞、放大、達(dá)到加工表面。
當(dāng)使用一個(gè)加工不當(dāng)或是未經(jīng)過調(diào)諧的焊頭，將給你的生產(chǎn)帶來很大的損失，它會(huì)破壞焊接性能，嚴(yán)重的會(huì)直接導(dǎo)致?lián)Q能器或發(fā)生器的損壞。
因此，超聲波模具的設(shè)計(jì)，不像它的外形那樣簡(jiǎn)單，相反，需要很多的相關(guān)知識(shí)和技能，那么，如何讓焊頭能夠穩(wěn)定地工作？如何讓焊頭能夠?qū)Q能器轉(zhuǎn)換的機(jī)械振動(dòng)能直接地傳遞到工件上，形成持續(xù)穩(wěn)定的焊接？
超聲波模具，即使已經(jīng)有十幾年的設(shè)計(jì)和開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們還是堅(jiān)信，只有通過嚴(yán)格的測(cè)試和質(zhì)量控制，才能生產(chǎn)出理想的焊頭。我們的工程師將焊頭的聲學(xué)特性和機(jī)械特性結(jié)合在一起起，設(shè)計(jì)出符合客戶需要的產(chǎn)品。
我們生產(chǎn)的每套焊頭和模具，不管是標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，還是根據(jù)客戶要求定制的，都是用原裝材料制成的，同時(shí)經(jīng)過反復(fù)的測(cè)試。焊頭的外形、強(qiáng)度以及音頻等多種參數(shù)經(jīng)過多次試驗(yàn)，能達(dá)到嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，使焊頭和模具相匹配。
超聲波焊接機(jī)焊頭的振幅參數(shù)
振幅，對(duì)于需要焊接的材料來說是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，相當(dāng)于鉻鐵的溫度，溫度達(dá)不到，就會(huì)熔接不上；溫度過高，就會(huì)使原材料燒焦或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)破壞而強(qiáng)度變差。
因?yàn)槊块g公司選擇的換能器不同，換能器輸出的振幅都有所不同，經(jīng)過適配不同變比的變幅桿及焊頭，能夠校正焊頭的工作振幅以符合要求，通常換能器的輸出振幅為10-20μm，而工作振幅一般為30μm左右，變幅桿及焊頭的變比同變幅桿及焊頭的形狀、前后面積比等因素有關(guān)。以形狀來說，如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階梯型變幅等，對(duì)變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。若貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機(jī)，簡(jiǎn)單的方法是，按已工作的焊頭的比例尺寸制作，方能使振幅參數(shù)的穩(wěn)定。
超聲波焊接機(jī)焊頭的頻率參數(shù)
每個(gè)公司的超聲波焊接機(jī)都有一個(gè)頻率，例如15KHz、20KHz等，焊接機(jī)的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）和焊頭（Horn）的機(jī)械共振頻率所決定。
發(fā)生器的頻率根據(jù)機(jī)械共振頻率調(diào)整，以達(dá)到相同，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每個(gè)部分都設(shè)計(jì)成一個(gè)半波長(zhǎng)的諧振體。發(fā)生器及機(jī)械共振頻率都有一個(gè)諧振工作范圍，如一般設(shè)定為±0.5KHz，在此范圍內(nèi)，焊接機(jī)基本能正常工作。我們制作每個(gè)焊頭時(shí)，都會(huì)對(duì)諧振頻率作調(diào)整，要求做到諧振頻率與設(shè)計(jì)頻率誤差小于0.1KHZ，如20KHz焊頭，我們焊頭的頻率會(huì)控制在19.90-20.10KHz，誤差為5‰。
超聲波焊接機(jī)焊頭的振動(dòng)節(jié)點(diǎn)
焊頭、變幅桿，均被設(shè)計(jì)為一個(gè)工作頻率的半波長(zhǎng)諧振體。在工作狀態(tài)下，兩個(gè)端面的振幅大，應(yīng)力小，而相當(dāng)于中間位置的節(jié)點(diǎn)沒有振幅，應(yīng)力大。節(jié)點(diǎn)位置一般設(shè)計(jì)為固定位，但通常的固定位設(shè)計(jì)時(shí)厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以，固定位并不是沒有振幅，這樣就會(huì)引致一些叫聲和一部分的能量損失，對(duì)于叫聲，通常用橡膠圈同其它部件隔開，或采用隔聲材料進(jìn)行屏蔽；能量損失在設(shè)計(jì)振幅參數(shù)時(shí)予以考慮。
超聲波焊接機(jī)焊頭的加工精度
超聲波焊頭，因?yàn)楣ぷ饔诟哳l振動(dòng)情況下，應(yīng)盡量保持一個(gè)對(duì)稱設(shè)計(jì)，以免聲波傳遞時(shí)的不對(duì)稱性導(dǎo)致的不均衡應(yīng)力及橫向振動(dòng)（我們所用于焊接的焊頭，利用的是超聲波振動(dòng)的縱向傳遞，對(duì)于整個(gè)諧振系統(tǒng)而言），不均衡振動(dòng)能導(dǎo)致焊頭發(fā)熱及斷裂。
超聲波焊接應(yīng)用于不同行業(yè)，對(duì)加工精度要求是不同的。對(duì)于很薄的工件，如鋰離子電池片與耳的焊接、金箔等的包覆等，對(duì)加工精度的要求高，我們的加工設(shè)備均采用數(shù)控設(shè)備，這樣才能使加工出來的精度符合要求。
超聲波焊接機(jī)焊頭的使用壽命
一只焊頭的使用壽命，關(guān)鍵決定于兩個(gè)方面：一、材料，二、工藝。
超聲波焊接機(jī)焊頭的材料方面：
超聲波焊接要求金屬材料有柔順性（聲波傳遞過程中機(jī)械損耗小）好的特點(diǎn)，所以，常用的材料為鋁合金及鈦合金。
材料是超聲波模具壽命與熔接產(chǎn)品的主要原因之一。模具完成的過程是復(fù)雜的，所以，模具工程師設(shè)計(jì)時(shí)需慎重選擇材質(zhì)，亦需了解本身產(chǎn)品要求該使用何種材質(zhì)，以免因疏忽而影響其時(shí)效與品質(zhì)。
現(xiàn)將目前每種材料的特性略述如下：
1.鋁鎂合金（7075T651，2024T651，6061T651）
（1）7075T651：使用于振動(dòng)系統(tǒng)及焊頭制造，該材料具有很高的機(jī)械屈服強(qiáng)度，硬度高，熱傳導(dǎo)強(qiáng)，是理想的超聲波模具制造材料；
（2）2024T651：一般使用與焊頭制造，韌性佳，熱傳導(dǎo)強(qiáng)，硬度適中，用于一般塑膠制品；
（3）6061T651：使用于較低出力之焊頭制造，韌性佳，質(zhì)較軟。
2.鈦合金
用于連續(xù)發(fā)振的機(jī)種，韌性較高，熱傳導(dǎo)佳，硬度高，而成本貴。
3.國產(chǎn)硬質(zhì)鋁合金
國產(chǎn)料，用于普通鋁材加工，熱傳導(dǎo)低，對(duì)超音波機(jī)械損耗高，成本低。
超聲波焊接機(jī)的焊頭的作用是對(duì)于特定的塑料件制作，符合塑料件的形狀、加工范圍等要求。換能器、變幅桿、焊頭均設(shè)計(jì)為所工作的超聲頻率的半波長(zhǎng)，所以它們的尺寸和形狀均要經(jīng)過特別的設(shè)計(jì)；任何的改動(dòng)均可能引致頻率、加工效果的改變，它們需專業(yè)制作。耐用根據(jù)所采用的材料不同，尺寸也會(huì)有所不同。適合做超聲波的換能器、變幅桿和焊頭的材料有：鈦合金、鋁合金、合金鋼等。由于超聲波是不停地以20KHZ左右高頻振動(dòng)的，所以材料的要求非常高，并不是普通的材料所能承受的。 |
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2024-10-08