超聲波焊頭設計形狀
超聲波焊頭設計型狀的選定,原則上加工面積小時采用「錐體型」,加工面積大時采用「階梯型」,加工面積居中則用「指數型」及「懸煉指數型」;實務上我們亦會設計混合型的超聲波模具,如階梯指數型、階梯錐型或加大壓著面積的階梯型焊頭;如加工特殊需求時,亦會設計幾何型體特殊的超聲波焊頭。
超聲波焊頭型狀的選定如前述是有其基本法則,實務上則常會受限于加工物及加工應用,加工物的形狀及加工位置直接影響焊頭的型狀設計;常見的狀況是因加工位置深入,或要求加工面需為薄小,如采一般的超音波喇叭型狀選定的模式,會有加工物與超聲波焊頭加工節點干涉的問題,此時即需依據加工物與喇叭干涉狀況,來調整焊頭的設計型狀。最常遇到的狀況就是當以階梯型或錐型的喇叭設計會與加工物干涉,需改以指數型喇叭設計,使加工節點成較短避開干涉。如以指數型喇叭設計仍無法避免加工節點干涉,此時喇叭設計可能需考慮以1λ或11/2λ、、的設計來對應。
加工物干涉焊頭有時亦需設計異型喇叭型狀來因應,當加工物之需加工位置深入且隱藏,致使超聲波焊頭無法作直線加工時,需設計彎曲異型的超聲波焊頭來加工;或加工位置位于工件內,超聲波模頭無空間可作直線加工,由于空間及角度的限制,只能從側面加工,此時設計超聲波焊頭型狀,需采改變振動方向及深入加工物的設計,才能達到加工的需求。
超聲波焊頭設計形狀的選定
超聲波焊頭設計型狀的選定,一般是以加工面積來決定,設計習慣上會以簡單的幾何體,及易于加工成型作為考慮依據;另外就是以超聲波焊頭幾何型體的特性為準則,如以「增益比」(即振幅放大比)為設計主要考慮因素時,錐體型超聲波焊頭在有增益的超聲波焊頭幾何型體中是增益最小的,而階梯型喇叭,是有增益的焊頭幾何型體中增益最大的。如以「超聲波模具壽命及耐沖擊」考慮,則錐體型喇叭,在有增益的焊頭幾何型體中是最佳的,而階梯型超聲波焊頭,則是有增益的焊頭幾何型體中,壽命及耐沖擊設計風險最大的。
超聲波焊頭的設計,焊頭上端面的斷面積可由總合振幅放大比(錐體變幅桿的振幅放大比與焊頭振幅放大比之積)決定,總合振幅放大比并非可任意增大,受限于焊頭的內部損失、疲勞限度等,理論上最大約20~30。若加工斷面積小,致使總合振幅放大率超過30時,可采用增大喇叭加工端斷面積,來抑制總合振幅放大率為30以下。超聲波焊頭大端斷面積若太增大比值,會受超聲波焊頭橫振動影響,通常喇扒設計上會使斷面尺寸為1/4λ以下。
理論上總合振幅放大比設計最大可達20~30,實務上需考慮超聲波焊接機振動系統頻率及其輸出功率,還有其應用層面,才能如理論上設計高總合振幅放大比的超聲波焊頭,因此高總合振幅放大比的超聲波案頭,其設計是有限制性的。高總合放大比的超聲波應用,最常見于超聲波加工機,尤其是高頻、低功率(功率小于100W)的超聲波加工機系統,超聲波塑料熔接機系統多屬高功率,因此甚少見。
超聲波振動系統
故此組振動部組之錐體(BOOSTER)與喇叭(HORN)之總合放大比,為3×10=30加工物干涉時超聲波焊頭型狀的選定
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