什么樣的材料和外型適合超聲波焊接模具的設計？

也許超聲波焊接最關鍵的方面是接頭設計（兩個配合面的配置）。

當要焊接的部件仍處于設計階段時，應考慮并將其結合到模制部件中。

有各種各樣的接頭設計，每個都有特定的功能和優(yōu)點。

它們的選擇取決于塑料類型，零件幾何形狀，焊接要求，機械加工和成型能力以及外觀等因素。

容易焊接的零件往往具有以下特點：

相對平坦的表面(有限的表面)，這樣就可以實現(xiàn)良好的喇叭接觸。

焊接接頭區(qū)域上方的表面面積

具有足夠剛性的側壁將能量傳遞給焊接接頭

設計合理的焊接接頭

當然，每個部分都是獨一無二的，所以要知道任何設計是否適用于任何裝配方法，需要與一位知識淵博的專業(yè)人士交談，他們可以幫助評估設計，考慮裝配需求，并找到正確的解決方案。

能量傳導的設計考慮要點：

能量傳導器的對接是超聲波焊接中最常見的接頭設計，最容易成型的部分。這種模具接頭的主要特征是有一個小的90?或60?三角形焊接線，設計在在一個配合界面上。
該能量傳導器將初始接觸限制在非常小的區(qū)域，并將超聲能量聚焦在三角形的頂點。
在焊接循環(huán)期間，集中的超聲能量使脊部熔化并且塑料在整個接合區(qū)域中流動，將部件結合在一起。
對于易于焊接的樹脂（無定形聚合物，如ABS，SAN，丙烯酸和聚苯乙烯），能量導向器的尺寸取決于要連接的區(qū)域。實際考慮建議最小高度在.008到.025英寸（.2和.6毫米）之間。
結晶聚合物，如尼龍，熱塑性聚酯，乙縮醛，聚乙烯，聚丙烯和聚苯硫醚，以及高熔融溫度的無定形樹脂，如聚碳酸酯和聚砜，更難以焊接。對于這些樹脂，通常建議使用最小高度在.015和.020英寸（.4和.5 mm）之間且能夠提供60°角的能量控制器。

一般來說，超聲波模具設計考慮的方面包括：超聲波模具振幅，超聲波模具模具頻率參數(shù)，超聲波模具加工精度，超聲波模具使用壽命等幾個方面。

超聲波焊接模具設計包括超聲波模具振幅，超聲波模具模具頻率參數(shù)，超聲波模具加工精度，超聲波模具使用壽命以下內容，一起學習焊接知識。

1、超聲波模具的振幅
振幅對于需要焊接的材料來說是一個關鍵參數(shù)，相當于鉻鐵的溫度，溫度達不到就會熔接不上，溫度過高就會使原材料燒焦或導致結構破壞而強度變差。因為每一家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，形狀來說如指數(shù)型變幅、函數(shù)型變幅、階梯型變幅等，對變比影響很大，前后面積比與總變比成正比。貴公司選用的是不同公司品牌的焊接機，最簡單的方法是按已工作的焊頭的比例尺寸制作，能保證振幅參數(shù)的穩(wěn)定。

2、超聲波模具模具頻率參數(shù)
任何公司的超聲波焊接機都有一個中心頻率，例如20KHz、40KHz等，焊接機的工作頻率主要由換能器（Transducer）、變幅桿（Booster）、和焊頭（Horn）的機械共振頻率所決定，發(fā)生器的頻率根據(jù)機械共振頻率調整，以達到一致，使焊頭工作在諧振狀態(tài)，每一個部份都設計成一個半波長的諧振體。發(fā)生器及機械共振頻率都有一個諧振工作范圍，如一般設定為±0.5KHz，在此范圍內焊接機基本都能正常工作.我們制作每一個焊頭時，都會對諧振頻率作調整，要求做到諧振頻率與設計頻率誤差小于0.1KHZ，如20KHz焊頭，我們焊頭的頻率會控制在19.90—20.10KHz，誤差為5‰。

3、超聲波模具振動節(jié)點
焊頭、變幅桿均被設計為一個工作頻率的半波長諧振體，在工作狀態(tài)下，兩個端面的振幅最大，應力最小，而相當于中間位置的節(jié)點振幅為零，應力最大。節(jié)點位置一般設計為固定位，但通常的固定位設計時厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定為零振幅，這樣就會引致一些叫聲和一部分的能量損失，對于叫聲通常用橡膠圈同其它部件隔離，或采用隔聲材料進行屏蔽，能量損失在設計振幅參數(shù)時予以考慮。

4、超聲波模具加工精度
超聲波焊頭因為工作于高頻振動情況下，應盡量保持一個對稱設計，以避免聲波傳遞的不對稱性導致的不均衡應力及橫向振動（我們所用于焊接的焊頭利用的是超聲波振動的縱向傳遞，對于整個諧振系統(tǒng)而言），不均衡振動能導致焊頭發(fā)熱及斷裂。超聲波焊接應用于不同行業(yè)對加工精度要求是不同的，對于特別薄的工件如鋰離子電池極片與極耳的焊接、金箔等的包覆等對加工精度的要求非常高，我們所有的加工設備均采用數(shù)控設備（如加工中心等），這樣才能保證加工出來的精度符合要求。

5、超聲波模具使用壽命
一只焊頭的使用壽命關鍵決定于兩個方面：a、材料，b、工藝
一、材料方面：
超聲波焊接要求金屬材料有柔順性好（聲波傳遞過程中機械損耗小）好的特點，所以最常用的材料為鋁合金及鈦合金，材料是保證超聲波模具壽命于熔接產(chǎn)品效果的主要原因之一，模具完成的過程是復雜的。所以不僅是模具工程師設計務必慎重選擇材質，亦需了解本身產(chǎn)品要求該使用何種材質，避免因疏忽而影響其時效與品質。現(xiàn)將目前各種材料的特性略述如下：
1）、鋁鎂合金(7075-T651,2024-T651,6061-T651)
　　1、7075T651：使用于振動系統(tǒng)及Horn制造，該材料具有極高的機械屈服強度，硬度高，熱傳導性強，是理想的超聲波模具制造材料；
　　2、2024T651：一般使用與HORN制造，軔性佳，熱傳導性強，硬度適中，用于一般塑膠制品。
　　3、6061T651：使用于較低出力之HORN制造，軔性佳，質較軟。
2）、鈦合金：用于連續(xù)發(fā)振的機種，軔性較高，熱傳導佳，硬度高，而成本昂貴。
3）、國產(chǎn)硬質鋁合金：國產(chǎn)料，用于普通鋁材加工，熱傳導低，對超音波機械損耗高，成本低。

二、工藝材料方面：

解析：
　　我們欲求產(chǎn)品達到水、氣密的功能時，定位與超聲波焊接線/超音波導熔線是成敗的重要關鍵，所以在產(chǎn)品設計時必須考慮考慮，如：定位、材質、壁厚，與超聲波焊接線/超音波導熔線的對應比例有絕對的關系。
　　在一般水、氣密的要求，焊接線/導熔線高度應在0.5~0.8m/m之范圍（視產(chǎn)品肉厚而定），如低于0.5m/m以下，要達到水氣密的功能，除非定位設定要非常標準，而且壁厚有5m/m 以上，否則效果不佳。

　　生產(chǎn)一套超聲波模具，要考慮以下各項因素：
1.產(chǎn)品的要求：決定超聲波模具的使用壽命，磨損率，因而決定采用何種金屬。
2.產(chǎn)品的形狀：采用何種熔接工藝，設定超聲波模具的大小，壓力傳達區(qū)，產(chǎn)品在熔合時可能產(chǎn)生的變形，需要多大功率和何種功能。是否可以一次熔接完成工作。
3.產(chǎn)品的塑料性質：決定模具的工作震幅，那一件工作應接受超聲能量，導能線的形式，位置，大小。在不同的塑料組合時，應怎樣設計接觸位？
4.優(yōu)質的售后服務成功的熔接，取決于下列因素：
　　1）產(chǎn)品形狀：不同的形狀，壁厚，塑膠材料，決定了所需要的超聲波熔接機功率大小和特質。
　　2）接口位的設計：一般均由超聲波機供應商提供建議。要達到最佳效果，須依據(jù)不同的熔接要求，壁厚，塑料，而采用專業(yè)的設計，尤其是在注塑模開拓階段至為重要。注塑模在多次改動后必令注塑模的壽命降低和產(chǎn)生變形和毛刺，損失不菲。優(yōu)秀的供應商可預見塑件熔接時出現(xiàn)的困難和解決方法。能提供優(yōu)良的設計可助你得到最佳效果，節(jié)省了更改注塑模的時間和相關的費用。
　　3）優(yōu)質的超聲波焊接機：（工欲善其事必先利其器）優(yōu)質的機器表示該機已經(jīng)設計成熟，性能穩(wěn)定和耐用，有標準化的零件和多年后仍可補充優(yōu)質的零件。
　　4）能充分發(fā)揮熔接效益的模具：優(yōu)良模具能提升熔接效益，以小機器做大事情。反之可令設備損壞引致經(jīng)濟損失。我們的工程人員會將一切問題考慮的完美，為你提供優(yōu)質高效的產(chǎn)品和服務。