科威信超声波（深圳）设备有限公司

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　　有限元分析超声波焊头

　　每颗焊头3D设计都经过有限元分析,保证产品焊接部位超声波焊头振幅的一致性，以达到均匀、稳定的塑件焊接效果。

　　红色部分代表超声波焊头振幅的分布情况，以及大振幅输出点。

　　超声波模具的设计与制作

　　你可能经常会有这样的想法：超声波模具的设计和生产一定是非常的简单。千万不要被误导，当使用一个加工不当或是未经过调谐的焊头，将给你的生产带来昂贵的损失——它会破坏焊接效果，甚至更严重的会直接导致换能器或发生器的损坏。

　　因此超声波模具的设计绝不像它的外形那样简单，相反需要很多的知识和技能——如何保证焊头能够经济的工作？如何保证焊头能够将换能器转换的机械振动能有效地传递到工件上，形成持续稳定的焊接——在恒波超声，我们的工程师将每一个环节都考虑得非常充分。

　　超声波模具是超声波技术中具有技术深度的一个方面。即使已经拥有几年的设计和开发经验，我们还是坚信只有通过严格的测试和质量控制才能生产出好的焊头。我们的工程师将焊头的声学特性和机械特性完美的结合起来，设计出符合客户需要的产品。

　　我们生产的每一套焊头和模具，不管是标准产品还是根据客户要求定制的，都是用好的材料制成的同时经过反复的测试。焊头的外形、强度以及音频等各种参数经过多次试验，能符合为严格的标准，焊头和模具达到完美的匹配。

　　1、模具的振幅参数

　　振幅对于需要焊接的材料来说是一个关键参数，相当于铬铁的温度，温度达不到就会熔接不上，温度过高就会使原材料烧焦或导致结构破坏而强度变差。因为每一间公司选择的换能器不同，换能器输出的振幅都有所不同，经过适配不同变比的变幅杆及焊头，能够校正焊头的工作振幅以符合要求，通常换能器的输出振幅为10—20μm，而工作振幅一般为30μm左右，变幅杆及焊头的变比同变幅杆及焊头的形状，前后面积比等因素有关，形状来说如指数型变幅、函数型变幅、阶梯型变幅等，对变比影响很大，前后面积比与总变比成正比。贵公司选用的是不同公司品牌的焊接机，简单的方法是按已工作的焊头的比例尺寸制作，能保证振幅参数的稳定</a>

　　2、 模具频率参数

　　任何公司的超声波焊接机都有一个中心频率，例如20KHz、40 KHz等，焊接机的工作频率主要由换能器（Transducer）、变幅杆（Booster）、和焊头（Horn）的机械共振频率所决定，发生器的频率根据机械共振频率调整，以达到一致，使焊头工作在谐振状态，每一个部份都设计成一个半波长的谐振体。发生器及机械共振频率都有一个谐振工作范围，如一般设定为±0.5 KHz，在此范围内焊接机基本都能正常工作.我们制作每一个焊头时，都会对谐振频率作调整，要求做到谐振频率与设计频率误差小于0.1 KHZ，如 20KHz 焊头，我们焊头的频率会控制在19.90—20.10 KHz，误差为5‰</a>

　　3、 振动节点

　　焊头、变幅杆均被设计为一个工作频率的半波长谐振体，在工作状态下，两个端面的振幅大，应力小，而相当于中间位置的节点振幅为零，应力大。节点位置一般设计为固定位，但通常的固定位设计时厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定为零振幅，这样就会引致一些叫声和一部分的能量损失，对于叫声通常用橡胶圈同其它部件隔离，或采用隔声材料进行屏蔽，能量损失在设计振幅参数时予以考虑</a>

　　4、 加工精度

　　超声波焊头因为工作于高频振动情况下，应尽量保持一个对称设计，以避免声波传递的不对称性导致的不均衡应力及横向振动（我们所用于焊接的焊头利用的是超声波振动的纵向传递，对于整个谐振系统而言），不均衡振动能导致焊头发热及断裂。超声波焊接应用于不同行业对加工精度要求是不同的，对于特别薄的工件如锂离子电池极片与极耳的焊接、金箔等的包覆等对加工精度的要求非常高，我们所有的加工设备均采用数控设备（如加工中心等），这样才能保证加工出来的精度符合要求。

　　5、 模具使用寿命

　　一只焊头的使用寿命关键决定于两个方面：一、材料，二、工艺

　　材料方面：超声波焊接要求金属材料有柔顺性好（声波传递过程中机械损耗小）好的特点，所以常用的材料为铝合金及钛合金，（深圳恒波超声 28999510）

　　材料是保证超声波模具寿命于熔接产品效果的主要原因之一，模具完成的过程是复杂的。所以不仅是模具工程师设计务必慎重选择材质，亦需了解本身产品要求该使用何种材质，避免因疏忽而影响其时效与品质。现将目前各种材料的特性略述如下：（恒波公司均采用世界美国ALCOL公司产品，该公司的7075-T651铝材达到美国铝业行业协会AAA标准）

　　一、铝镁合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)

　　1、7075T651：使用于振动系统及Horn制造，该材料具有极高的机械屈服强度，硬度高，

　　热传导性强，是理想的超声波模具制造材料；

　　2、2024T651：一般使用与HORN制造，轫性佳，热传导性强，硬度适中，用于一般塑胶制品。

　　3、6061T651：使用于较低出力之HORN制造，轫性佳，质较软。

　　二、钛合金： 用于连续发振的机种，轫性较高，热传导佳，硬度高，而成本昂贵。

　　三、国产硬质铝合金：国产料，用于普通铝材加工，热传导低，对超音波机械损耗高，成本 低。

　　生产一付超声波模具，要考虑以下各项因素：

　　１、 产品的要求： 决定模具的使用寿命，磨损率，因而决定采用何种金属。

　　２、 产品的形状： 采用何种熔接工艺，设定模具的大小，压力传达区，产品在熔合时可能产生的变形，需要多大功率和何种功能。是否可以一次熔接 完成工作。

　　３、 产品的塑料性质：决定模具的工作震幅，那一件工作应接受超声能量，导能线的形式，位置，大小。在不同的塑料组合时，应怎样设计接触位？

　　４、 的售后服务