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超聲波模具設計要求

日期:2019-08-02 23:05
 超聲波焊接技術已經廣泛應用於金屬和塑料焊接技術中,超聲波焊接機隻能通過更換超聲波模具來焊接各種產品。超聲波模具又稱為焊頭,需要根據超聲波焊接機的固有頻率來設計製作。由於其對結構動力學的高性能要求,傳統的模仿和模具修複的設計方法已經不能滿足塑料產品不斷變化的要求。  
超聲波模具
從超聲波焊接原理出發,采用有限元方法進行固有頻率和模態分析,設計新工裝,滿足振動能量有效傳遞和均勻分布的功能要求。

在設計過程中,結合ANSYS的參數化建模、全因素實驗設計優化(DOE)和概率設計係統(PDS)模塊進行參數化設計和穩健性設計,調整幾何尺寸,使焊頭的固有頻率和超聲頻率相匹配,相應的模態在工作麵具有均勻的振幅,從而減少局部結構應力集中的問題,對材料和環境的參數變化具有較好的適應性。  設計的焊頭一次加工後投入使用,避免了反複修整工裝造成的時間和成本浪費。  

焊接工裝的設計非常重要  許多國內超聲設備供應商都生產自己的焊接超聲模具,但不少供應商模仿現有的模具,然後不斷修整和測試工裝,從而通過這種反複調整的方法達到協調工裝和設備頻率的目的。  通過有限元方法,我公司可以確定超聲波模具設計的頻率,製造的模具試驗結果與設計頻率之間的誤差不超過1%  同時,引入了DFSS(六西格瑪設計)的概念來優化和穩健地設計超聲波焊頭。  

設計理念是在設計過程中充分收集客戶的聲音,進行有針對性的設計;此外,提前考慮生產過程中可能出現的偏差,以確保最終產品的質量分布在合理的水平之內。  從設計指標的製定出發,首先根據已有經驗的初步設計焊頭的結構和外形尺寸,在ANSYS中建立參數化模型,然後用模擬實驗設計(DOE)方法確定模型中的重要參數,根據穩健性要求確定數值,然後用子問題法對其他參數進行優化。  

考慮到超聲波模具製造和使用過程中材料和環境參數的影響,還進行了公差設計,以滿足製造成本的要求。  最後,通過製造和測試檢驗理論設計和實際誤差,達到設計指標並交付使用。  
超聲波模具設計
通過有限元方法分析各超聲波模具的三維設計,確保產品焊接部位超聲波焊頭振幅的一致性,從而達到塑料零件最均勻、最穩定的焊接效果。  
藍色部分代表超聲波模具振幅的分布和最大振幅輸出點。 
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