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超声波模具中间为什么需要开槽?

更新时间:2018-06-25 19:03:59点击次数:307次字号:T|T
 

1/2横波波长位置,这主要是根据声学原理来考量。至于模具为什么要做成上下宽度不一样,主要是考虑增加出力,原理类似于将声波出力放大。一个好的模具是焊接稳定的最重要前提,如果模具设计不好会导致一些列焊接问题,如焊接不均匀,模具发热,噪音,甚至开裂等等!

  超声波模具的纵向共振频率也就是其工作频率,它必须与换能器振动系统的共振频率保持一致, 否则将导致振动系统纵向工作效率下降 。 而工具的横向共振则必须尽量抑制。模具的振动可分以下三种状态:

 (1)超声波模具的横向尺寸远小于纵向尺寸, 一般要求2倍以上, l,2lx, l,21y,横向谐振频率远高于其纵向共振频率, 因此, 横向振动对纵向振动影响不大, 超声波模具为什么要开槽工具振动类似于沿Z 方向的细长棒的一维纵振动,此时,可以利用一维理论设计超声波模具能够满足实用上的精度要求。

 (2)在模具的两个横向尺寸中,其中之一远小于模具的纵向尺寸, 即满足12)21,(l,)但模具的另一个横向尺寸较大, 接近或超过模具的纵向尺寸, 此时声波的辐射面为一狭长的矩形面, 对应于较小尺寸方向上的横向振动可以忽略不计, 但是对应于较大尺寸方向上的横向共振频率与纵向共振频率比较接近,两者将相互作用。因此,该方向上的横向振动对纵向产生较大的影响。此时, 一维理论不再适用, 必须利用揺合振动理论来分析、 研究及设计此类系统, 且此横向振动应加以抑制。

 ( 3 )工具的两个横向尺寸皆与其纵向尺寸可相比拟, 此时工具的声波辐射面为一长与宽相差不大的大尺寸短形面,工具的纵向共振频率与其两个横向共振频率比较接近。在这种情况下,由于泊松效应的影响,工具在纵向共振的同时, 在其两个横向也产生较强的振动。纵振动与横振动之问的相互編合使工具的纵向振动状态发生变化,此时,如果仍采用一维理论来计算及设计工具, 理论与实验将出现较大的误差,因此,必须利用上述細合振动理论对工具的三维相合振动进行研究。并且为了保证工具的工作效率及其辐射面上位移分布的均匀性, 必须对其两个方向的横向振动分别加以有效的抑制。超声波模具为什么要开槽

3.  大尺寸超声波模具中横向振动的开槽抑制

   如上分析, 大尺寸超声波模具的福合振动存在三个轴向的谐振频率, 其中只有一个是实际所需要的。为抑制横向振动,日前,普遍采用在振动体上开槽的方法。

3.1  开槽位置的确定

  设有一超声波焊接模具, 换能器的激励方向沿着模具的Z,因此,开槽必须能够抑制模具在XY这两个方向的振动。若模具的几何尺寸为l z21., ly1 2可相比拟。相应的谐振频率为fr, fy, f:m,实际中要求f,等一f换能器的工作频率。 如前所述, 模具在X方向的横向振动对纵向振动的影响可以忽略。而Y方向的振动将对Z方向产生大的影响。根据上文分析,1为大尺寸超声塑料焊接模具相合振动的位移分布, 其中实线1代表工具纵向振动基频的位移分布, 其振动频率为fz,。虚线12分别表示工具在Y方向上 横向振动的基频及二次谐频振动模式的位移分布, 它们对应的频率分别为ff,fy2, 由位移分布图可以清楚地看出和f, ,超声波模具为什么要开槽接近的振动模式,则可对其分别进行抑制。比教简单且行之有效的方法是沿着工具的 Y方向开一些平行于 Z方向的小长糖, 2所示为一带有开槽的超声波模具的 Y-Z平面示意图, 槽的位置必须位于模具Y方向横向振动模式的节点处, 这是因为节点处应力较集中,最易产生横向振动,且对纵向振动影响最小 。对于频率为 f, ,的横向振动模式, 其振动节点的位置可由下式决定,

Yn:= +(n-')(n=', 2……j)

(15)式中,,为对应的波长,另外,为了减少开槽对模具纵向振动的影响,槽的位置也必须位于超声波模具纵向振动的节点处, 并且对称于超声波模具纵向震动节点。

3.2 开槽宽度的确定超声波模具为什么要开槽

  槽的位置决定以后, 还必须合理选择槽的宽度,当开糟宽度太小时,不能产生有效的抑制作用;而宽度太大时,由于工具质量改变较大, 容易使超声波模具的纵向振动状态发生变化,因而也影响超声波模具的纵向共振频率。经反复实验,开糟的较理想宽度约为入1/25~ ,/20。由此可以看出,为了抑制不同振动構式的横向振动,需要在超声波模具上开设不同宽度的槽子。

3.3  开槽长度的确定

  开槽长度对超声波模具的振动有较大的影响, 当开槽长度太短时, 由于超声波模具的横向振动是分布于模具整个侧面上的,因此,不能有效地消除横向振动, 同时也不能有效地改善模具振动辐射面的位移分布。但是,当开糟长度太长时,由于开相高模具辐射面太近,使工具的声波辐射面上出现位移分布不均匀现象,影响模具辐射效率及产品质量,因此, 综合上述两种情况,结合实际工作经验,最有效且不明显影响工具振动分布的开精长度约为l/4~1/3 , ,,为模具纵向振动基频模式的波长。

 上面, 我们讨论了超声波模具辐射面为一狭长矩形面情况, 如果超声波模具沿XY方向的尺寸都较大,则必须对超声波模具的两个横向振动分别加以开精抑制。 可以预见, 在这种情况下,工作正在进行。

 为了有效地抑制工具的横向振动, 必须首先利用频率方程求出超声波模具的纵向及横向谐振频率, 对最接近超声波模具纵向振动基频的横向振动模式进行开槽抑制。开槽必须位于超声波模具横向振动模式的节点处, 并且合理选择开糟尺寸, 为了达到经济有效, 应该对最强的横向振动加以抑制,只有这样, 才能有效地抑制大尺寸工具的横向振动, 并且改善超声波模具声波辐射面的位移分布均匀程度,提高超声波振动系统的纵向工作效率,取得理想的超声波焊接效果。


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