超聲波模具開槽公式

( 1 )超聲波模具的橫向尺寸遠小于縱向尺寸, 一般要求2倍以上, 即l,≥2lx, l,≥21y,橫向諧振頻率遠高于其縱向共振頻率, 因此, 橫向振動對縱向振動影響不大, 超聲波模具為什么要開槽工具振動類似于沿Z 方向的細長棒的一維縱振動,此時,可以利用一維理論設(shè)計超聲波模具能夠滿足實用上的精度要求。         

                                                                                                 超聲波模具圖紙

(2)在模具的兩個橫向尺寸中,其中之一遠小于模具的縱向尺寸, 即滿足12)21,(或l,)但模具的另一個橫向尺寸較大, 接近或超過模具的縱向尺寸, 此時聲波的輻射面為一狹長的矩形面, 對應于較小尺寸方向上的橫向振動可以忽略不計, 但是對應于較大尺寸方向上的橫向共振頻率與縱向共振頻率比較接近,兩者將相互作用。因此,該方向上的橫向振動對縱向產(chǎn)生較大的影響。此時, 一維理論不再適用, 必須利用揺合振動理論來分析、 研究及設(shè)計此類系統(tǒng), 且此橫向振動應加以抑制。

            ( 3 )工具的兩個橫向尺寸皆與其縱向尺寸可相比擬, 此時工具的聲波輻射面為一長與寬相差不大的大尺寸短形面,工具的縱向共振頻率與其兩個橫向共振頻率比較接近。在這種情況下,由于泊松效應的影響,工具在縱向共振的同時, 在其兩個橫向也產(chǎn)生較強的振動?？v振動與橫振動之問的相互編合使工具的縱向振動狀態(tài)發(fā)生變化,此時,如果仍采用一維理論來計算及設(shè)計工具, 理論與實驗將出現(xiàn)較大的誤差,因此,必須利用上述細合振動理論對工具的三維相合振動進行研究。并且為了保證工具的工作效率及其輻射面上位移分布的均勻性, 必須對其兩個方向的橫向振動分別加以有效的抑制。超聲波模具為什么要開槽

開槽位置的確定

　　設(shè)有一超聲波焊接模具, 換能器的激勵方向沿著模具的Z軸,因此,開槽必須能夠抑制模具在X與Y這兩個方向的振動。若模具的幾何尺寸為l z≥21.、, 而ly與1 2可相比擬。相應的諧振頻率為fr,、 fy,、 f:m,實際中要求f二,等一f換能器的工作頻率。 如前所述, 模具在X方向的橫向振動對縱向振動的影響可以忽略。而Y方向的振動將對Z方向產(chǎn)生大的影響。根據(jù)上文分析,圖1為大尺寸超聲塑料焊接模具相合振動的位移分布, 其中實線1代表工具縱向振動基頻的位移分布, 其振動頻率為fz,。虛線1和2分別表示工具在Y方向上 橫向振動的基頻及二次諧頻振動模式的位移分布, 它們對應的頻率分別為ff,及fy2, 由位移分布圖可以清楚地看出和f, ,超聲波模具為什么要開槽接近的振動模式,則可對其分別進行抑制。比教簡單且行之有效的方法是沿著工具的 Y方向開一些平行于 Z方向的小長糖, 圖2所示為一帶有開槽的超聲波模具的 Y-Z平面示意圖, 槽的位置必須位于模具Y方向橫向振動模式的節(jié)點處, 這是因為節(jié)點處應力較集中,最易產(chǎn)生橫向振動,且對縱向振動影響最小 。對于頻率為 f, ,的橫向振動模式, 其振動節(jié)點的位置可由下式?jīng)Q定,

Yn:=與 +(n-')與(n=', 2……j)

(15)式中,入,為對應的波長,另外,為了減少開槽對模具縱向振動的影響,槽的位置也必須位于超聲波模具縱向振動的節(jié)點處, 并且對稱于超聲波模具縱向震動節(jié)點。

   3.2 開槽寬度的確定超聲波模具為什么要開槽

　　槽的位置決定以后, 還必須合理選擇槽的寬度,當開糟寬度太小時,不能產(chǎn)生有效的抑制作用;而寬度太大時,由于工具質(zhì)量改變較大, 容易使超聲波模具的縱向振動狀態(tài)發(fā)生變化,因而也影響超聲波模具的縱向共振頻率。經(jīng)反復實驗,開糟的較理想寬度約為入1/25~ 入,/20。由此可以看出,為了抑制不同振動構(gòu)式的橫向振動,需要在超聲波模具上開設(shè)不同寬度的槽子。

3.3   開槽長度的確定

開槽長度對超聲波模具的振動有較大的影響, 當開槽長度太短時, 由于超聲波模具的橫向振動是分布于模具整個側(cè)面上的,因此,不能有效地消除橫向振動, 同時也不能有效地改善模具振動輻射面的位移分布。但是,當開糟長度太長時,由于開相高模具輻射面太近,使工具的聲波輻射面上出現(xiàn)位移分布不均勻現(xiàn)象,影響模具輻射效率及產(chǎn)品質(zhì)量,因此, 綜合上述兩種情況,結(jié)合實際工作經(jīng)驗,最有效且不明顯影響工具振動分布的開精長度約為l/4~1/3入 , ,入,為模具縱向振動基頻模式的波長。