超声波模具/焊头设计

超声波模具又称焊接头，是超声波焊接塑料制品重要的部件，也是需要定制设计的部件。

超声波模具/焊头是根据产品定制，设计是一个十分复杂的工作，需要根据模具材料，尺寸以及机器频率，声学原理等因素综合考虑。简单的说，超声波模具开槽目的是破坏超声波传输中产生的横波，一般开槽是在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/焊头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/焊头是焊接稳定的重要前提，如果模具/焊头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/焊头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/焊头的振动可分以下三种状态:

1.超声波模具/焊头的横向尺寸远小于纵向尺寸,一般要求2倍以上,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/焊头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/焊头能够满足实用上的精度要求。

2.在模具/焊头的两个横向尺寸中,其中之一远小于模具的纵向尺寸,即满足12)21,(或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.超声波模具/焊头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编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,必须利用上述细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。