超声波模具的设计

每一套超声波模具都用好的材料制成的同时经过反复的测试。超声波模具的外形、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，使超声波模具和底模具达到完美的匹配。

材料是保证超声波模具寿命的主要原因之一，模具设计的过程是复杂的。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。

超声波上模具适用材料：

1.铝钛合金（7075、2024、6061-T651）

7075T651：一般使用于振动系统及HORN制造，硬度高、热传导性强、韧性佳；

2024T651：一般使用于HORN制造，韧性佳、热传导性强、硬度适中，用于一般熔接塑胶制品。

6061T651：一般使用于底模制造或较低出力之超声波模具。

2.钛镁合金

一般用于连续发振，韧性极高，热传导佳，硬度高，而成本昂贵。

3.SCM8合金钢

一般用于尼龙材料的焊接、切割以及螺母埋植。

超声波底工装适用材料：

1.铝钛合金：通用于金属或塑胶制品。

2.环氧树脂：适用不规则形状之塑胶制品。

3.PUT树脂：适用注重外观，出力小，熔接时间短的塑胶制品。

4.电木：适用于一般平面熔接之塑胶制品，或超音波振盘之治具。

生产设计一付超声波模具，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：决定模具的工作振幅，那一件工作应接受超声能量，导能线的形式，位置，大小。

4.优质的售后服务。

超声波模具设计参数

1.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。每一台超声波焊接设备选择的换能器不同，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。

2、频率参数
每一台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.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0.1KHZ，如20KHz焊头，我们焊头的频率会控制在19.90—20.10KHz，误差为5‰。

3.振动节点

超声波模具、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他部件隔离，或採用隔声材料进行遮罩，能量损失在设计振幅参数时予以考虑。

4.加工精度

超声波模具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。