超聲波焊頭設計

超聲波焊頭絕對不像它的外形那樣，看起來非常簡單。一般人都會說，“它不就是一個鐵塊嗎？”其實超聲波焊頭是一個聲學諧振體，它牽扯到機械、聲學、材料等理論，不恰當?shù)脑O計，會造成超聲波振動異常，嚴重的將會造成整個超聲波系統(tǒng)損壞。

恒波超聲波設備公司設計制造超聲波焊頭，嚴格遵守一套完善的理論和方法。會根據(jù)產(chǎn)品結構材料和所配超聲波機型制定焊接方案，從有限元軟件模擬分析論證、合理的振幅設計、材料的選取、精密機械的加工，最終才能達到完美焊接要求。

超聲波焊接技術已經(jīng)廣泛應用于金屬、塑料焊接工藝中。焊接工裝（Horn），因其對結構動力學方面的高性能要求，傳統(tǒng)的仿造、修模設計方法已不能適應塑料產(chǎn)品多變的要求。超聲波焊接的原理入手，通過有限元法進行固有頻率和模態(tài)分析，設計新型工裝，滿足有效傳遞和均勻分配振動能量的功能要求。在設計過程中結合ANSYS的參數(shù)化建模、全因子實驗設計優(yōu)化（DOE）和概率設計系統(tǒng)（PDS）模塊，進行參數(shù)設計和健壯性設計，調整幾何尺寸，使得工裝的固有頻率和超聲波頻率匹配，對應的模態(tài)在工作面振幅均勻，減少了局部結構應力集中的問題，同時對材料和環(huán)境的參數(shù)變化有較好的適應性。所設計的工裝一次加工完成投入使用，避免了反復修整工裝所帶來的時間和成本上的浪費。

　　焊接工裝的設計相當重要。國內有不少超聲波設備供應商自行生產(chǎn)焊接工裝，但是他們中有相當一部分是仿制已有，然后不斷的修整工裝、測試，通過這種反復調整的方法達到工裝與設備頻率協(xié)調的目的。我司通過有限元方法，在設計工裝時就能把頻率確定，制造出來的工裝測試結果與設計頻率誤差不過1％。同時，引入DFSS（Design For Six Sigma）的理念，對工裝進行優(yōu)化和健壯設計。設計的理念是在設計過程中充分收集客戶心聲進行針對性的設計；并且預先考慮生產(chǎn)過程可能出現(xiàn)的偏差，保證最終產(chǎn)品的質量分布在合理的水平內。設計流程如圖二所示，從制定設計指標開始，首先根據(jù)已有經(jīng)驗初步設計工裝的結構和外型尺寸，在ANSYS中建立參數(shù)化模型，然后通過仿真實驗設計（DOE）方法確定模型中的重要參數(shù)，根據(jù)健壯要求，確定數(shù)值，接著對其他參數(shù)用子問題法進行尋優(yōu)?？紤]到工裝在制造和使用過程中材料、環(huán)境參數(shù)的影響，還對其進行了公差設計，滿足制造成本的要求。最后是制造、測試檢驗理論設計和實際的誤差，滿足設計指標即交付使用。

　　每顆焊頭3D設計都經(jīng)過有限元分析,保證產(chǎn)品焊接部位超聲波焊頭振幅的一致性，以達到最均勻、最穩(wěn)定的塑件焊接效果。

　　紅色部分代表超聲波焊頭振幅的分布情況，以及最大振幅輸出點。

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