超聲波焊頭設(shè)計(jì)形狀
超聲波焊頭設(shè)計(jì)型狀的選定,原則上加工面積小時(shí)采用「錐體型」,加工面積大時(shí)采用「階梯型」,加工面積居中則用「指數(shù)型」及「懸煉指數(shù)型」;實(shí)務(wù)上我們亦會(huì)設(shè)計(jì)混合型的超聲波模具,如階梯指數(shù)型、階梯錐型或加大壓著面積的階梯型焊頭;如加工特殊需求時(shí),亦會(huì)設(shè)計(jì)幾何型體特殊的超聲波焊頭。
超聲波焊頭型狀的選定如前述是有其基本法則,實(shí)務(wù)上則常會(huì)受限于加工物及加工應(yīng)用,加工物的形狀及加工位置直接影響焊頭的型狀設(shè)計(jì);常見(jiàn)的狀況是因加工位置深入,或要求加工面需為薄小,如采一般的超音波喇叭型狀選定的模式,會(huì)有加工物與超聲波焊頭加工節(jié)點(diǎn)干涉的問(wèn)題,此時(shí)即需依據(jù)加工物與喇叭干涉狀況,來(lái)調(diào)整焊頭的設(shè)計(jì)型狀。最常遇到的狀況就是當(dāng)以階梯型或錐型的喇叭設(shè)計(jì)會(huì)與加工物干涉,需改以指數(shù)型喇叭設(shè)計(jì),使加工節(jié)點(diǎn)成較短避開(kāi)干涉。如以指數(shù)型喇叭設(shè)計(jì)仍無(wú)法避免加工節(jié)點(diǎn)干涉,此時(shí)喇叭設(shè)計(jì)可能需考慮以1λ或11/2λ、、的設(shè)計(jì)來(lái)對(duì)應(yīng)。
加工物干涉焊頭有時(shí)亦需設(shè)計(jì)異型喇叭型狀來(lái)因應(yīng),當(dāng)加工物之需加工位置深入且隱藏,致使超聲波焊頭無(wú)法作直線(xiàn)加工時(shí),需設(shè)計(jì)彎曲異型的超聲波焊頭來(lái)加工;或加工位置位于工件內(nèi),超聲波模頭無(wú)空間可作直線(xiàn)加工,由于空間及角度的限制,只能從側(cè)面加工,此時(shí)設(shè)計(jì)超聲波焊頭型狀,需采改變振動(dòng)方向及深入加工物的設(shè)計(jì),才能達(dá)到加工的需求。
超聲波焊頭設(shè)計(jì)形狀的選定
超聲波焊頭設(shè)計(jì)型狀的選定,一般是以加工面積來(lái)決定,設(shè)計(jì)習(xí)慣上會(huì)以簡(jiǎn)單的幾何體,及易于加工成型作為考慮依據(jù);另外就是以超聲波焊頭幾何型體的特性為準(zhǔn)則,如以「增益比」(即振幅放大比)為設(shè)計(jì)主要考慮因素時(shí),錐體型超聲波焊頭在有增益的超聲波焊頭幾何型體中是增益最小的,而階梯型喇叭,是有增益的焊頭幾何型體中增益最大的。如以「超聲波模具壽命及耐沖擊」考慮,則錐體型喇叭,在有增益的焊頭幾何型體中是最佳的,而階梯型超聲波焊頭,則是有增益的焊頭幾何型體中,壽命及耐沖擊設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)最大的。
超聲波焊頭的設(shè)計(jì),焊頭上端面的斷面積可由總合振幅放大比(錐體變幅桿的振幅放大比與焊頭振幅放大比之積)決定,總合振幅放大比并非可任意增大,受限于焊頭的內(nèi)部損失、疲勞限度等,理論上最大約20~30。若加工斷面積小,致使總合振幅放大率超過(guò)30時(shí),可采用增大喇叭加工端斷面積,來(lái)抑制總合振幅放大率為30以下。超聲波焊頭大端斷面積若太增大比值,會(huì)受超聲波焊頭橫振動(dòng)影響,通常喇扒設(shè)計(jì)上會(huì)使斷面尺寸為1/4λ以下。
理論上總合振幅放大比設(shè)計(jì)最大可達(dá)20~30,實(shí)務(wù)上需考慮超聲波焊接機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)頻率及其輸出功率,還有其應(yīng)用層面,才能如理論上設(shè)計(jì)高總合振幅放大比的超聲波焊頭,因此高總合振幅放大比的超聲波案頭,其設(shè)計(jì)是有限制性的。高總合放大比的超聲波應(yīng)用,最常見(jiàn)于超聲波加工機(jī),尤其是高頻、低功率(功率小于100W)的超聲波加工機(jī)系統(tǒng),超聲波塑料熔接機(jī)系統(tǒng)多屬高功率,因此甚少見(jiàn)。
超聲波振動(dòng)系統(tǒng)
故此組振動(dòng)部組之錐體(BOOSTER)與喇叭(HORN)之總合放大比,為3×10=30加工物干涉時(shí)超聲波焊頭型狀的選定
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