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什么样的材料和外型适合超声波焊接模具的设计?

什么样的材料和外型适合超声波焊接模具的设计?


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也许超声波焊接最关键的方面是接头设计(两个配合面的配置)。

当要焊接的部件仍处于设计阶段时,应考虑并将其结合到模制部件中。

有各种各样的接头设计,每个都有特定的功能和优点。

它们的选择取决于塑料类型,零件几何形状,焊接要求,机械加工和成型能力以及外观等因素。


容易焊接的零件往往具有以下特点:

相对平坦的表面(有限的表面),这样就可以实现良好的喇叭接触。

焊接接头区域上方的表面面积

具有足够刚性的侧壁将能量传递给焊接接头

设计合理的焊接接头


当然,每个部分都是独一无二的,所以要知道任何设计是否适用于任何装配方法,需要与一位常识渊博的专业人士交谈,他们可以帮助评估设计,考虑装配需求,并找到正确的解决方案。


能量传导的设计考虑要点:


能量传导器的对接是超声波焊接中最常见的接头设计,最容易成型的部分。这种模具接头的主要特征是有一个小的90?或60?三角形焊接线,设计在在一个配合界面上。
该能量传导器将初始接触限制在非常小的区域,并将超声能量聚焦在三角形的顶点。
在焊接循环期间,集中的超声能量使脊部熔化并且塑料在整个接合区域中流动,将部件结合在一起。
对于易于焊接的树脂(无定形聚合物,如ABS,SAN,丙烯酸和聚苯乙烯),能量导向器的尺寸取决于要连接的区域。实际考虑建议最小高度在.008到.025英寸(.2和.6毫米)之间。
结晶聚合物,如尼龙,热塑性聚酯,乙缩醛,聚乙烯,聚丙烯和聚苯硫醚,以及高熔融温度的无定形树脂,如聚碳酸酯和聚砜,更难以焊接。对于这些树脂,通常建议使用最小高度在.015和.020英寸(.4和.5 mm)之间且能够提供60°角的能量控制器。


一般来说,超声波模具设计考虑的方面包括:超声波模具振幅,超声波模具模具频率参数,超声波模具加工精度,超声波模具使用寿命等几个方面。


超声波焊接模具设计包括超声波模具振幅,超声波模具模具频率参数,超声波模具加工精度,超声波模具使用寿命以下内容,一起学习焊接常识。


1、超声波模具的振幅
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。因为每一家企业选择的换能器不同,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。贵企业选用的是不同企业品牌的焊接机,最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。

2、超声波模具模具频率参数
任何企业的超声波焊接机都有一个中心频率,例如20KHz、40KHz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±0.5KHz,在此范围内焊接机基本都能正常工作.壹定发制作每一个焊头时,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0.1KHZ,如20KHz焊头,壹定发焊头的频率会控制在19.90—20.10KHz,误差为5‰。

3、超声波模具振动节点
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,两个端面的振幅最大,应力最小,而相当于中间位置的节点振幅为零,应力最大。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。

4、超声波模具加工精度
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(壹定发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,壹定发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、超声波模具使用寿命
一只焊头的使用寿命关键决定于两个方面:a、材料,b、工艺
一、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,所以最常用的材料为铝合金及钛合金,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:
1)、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。
2)、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。
3)、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。


二、工艺材料方面:


解析:
  壹定发欲求产品达到水、气密的功能时,定位与超声波焊接线/超音波导熔线是成败的重要关键,所以在产品设计时必须考虑考虑,如:定位、材质、壁厚,与超声波焊接线/超音波导熔线的对应比例有绝对的关系。
  在一般水、气密的要求,焊接线/导熔线高度应在0.5~0.8m/m之范围(视产品肉厚而定),如低于0.5m/m以下,要达到水气密的功能,除非定位设定要非常标准,而且壁厚有5m/m 以上,否则效果不佳。

  生产一套超声波模具,要考虑以下各项因素:
1.产品的要求:决定超声波模具的使用寿命,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,设定超声波模具的大小,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.优质的售后服务成功的熔接,取决于下列因素:
  1)产品形状:不同的形状,壁厚,塑胶材料,决定了所需要的超声波熔接机功率大小和特质。
  2)接口位的设计:一般均由超声波机供应商提供建议。要达到最佳效果,须依据不同的熔接要求,壁厚,塑料,而采用专业的设计,尤其是在注塑模开拓阶段至为重要。注塑模在多次改动后必令注塑模的寿命降低和产生变形和毛刺,损失不菲。优秀的供应商可预见塑件熔接时出现的困难和解决方法。能提供优良的设计可助你得到最佳效果,节省了更改注塑模的时间和相关的费用。
  3)优质的超声波焊接机:(工欲善其事必先利其器)优质的机器表示该机已经设计成熟,性能稳定和耐用,有标准化的零件和多年后仍可补充优质的零件。
  4)能充分发挥熔接效益的模具:优良模具能提升熔接效益,以小机器做大事情。反之可令设备损坏引致经济损失。壹定发的工程人员会将一切问题考虑的完美,为你提供优质高效的产品和服务。


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