作者：万氏机械

 超音波模具涉及的几个参数:

    1、模具的振幅参数 

　　振幅对于需要焊接的材料来说是一个关键参数，相当于铬铁的温度，温度达不到就会熔接不上，温度过高就会使原材料烧焦或导致结构破坏而强度变差。因为每一个公司选择的换能器不同，换能器输出的振幅都有所不同，经过适配不同变比的变幅杆及模具，能够校正模具的工作振幅以符合要求，通常换能器的输出振幅为10—20μm，而工作振幅一般为30μm左右，变幅杆及模具的变比同变幅杆及模具的形状，前后面积比等因素有关，如指数型变幅、函数型变幅、阶梯型变幅等，对变比影响很大，前后面积比与总变比成正比。对于不同公司品牌的焊接机，最简单的方法是按已工作的模具的比例尺寸制作，能保证振幅参数的稳定。

　　2、 模具频率参数

　　目前市面上所出现的任何一款超音波焊接机都有一个中心频率，例如15 KHz、20KHz、28 KHz、35 KHz、40 KHz等，焊接机的工作频率主要由换能器（Transducer）、变幅杆（Booster）、和模具（Horn）的机械共振频率所决定，发生器的频率根据机械共振频率调整，以达到一致，使模具工作在谐振状态，每一个部份都设计成一个半波长的谐振体。发生器及机械共振频率都有一个谐振工作范围，如一般设定为±0.5 KHz，在此范围内焊接机基本都能正常工作.我们制作每一个模具时，都会对谐振频率作调整，要求做到谐振频率与设计频率误差小于0.1 KHZ，如 20KHz 模具，我们模具的频率会控制在19.90—20.10 KHz，误差为5‰。

　　3、 振动节点 

　　模具、变幅杆均被设计为一个工作频率的半波长谐振体，在工作状态下，两个端面的振幅最大，应力最小，而相当于中间位置的节点振幅为零，应力最大。节点位置一般设计为固定位，但通常的固定位设计时厚度要大于3mm，或者是凹槽固定，所以固定位并不是一定为零振幅，这样就会引致一些叫声和一部分的能量损失，对于叫声通常用橡胶圈同其它部件隔离，或采用隔声材料进行屏蔽，能量损失在设计振幅参数时予以考虑。

　　4、 加工精度

　　超音波模具因为工作于高频振动情况下，应尽量保持一个对称设计，以避免声波传递的不对称性导致的不均衡应力及横向振动（我们所用于焊接的模具利用的是超音波振动的纵向传递，对于整个谐振系统而言），不均衡振动能导致模具发热及断裂。超音波焊接应用于不同行业对加工精度要求是不同的，对于特别薄的工件如锂离子电池极片与极耳的焊接、金箔等的包覆等对加工精度的要求非常高，我们所有的加工设备均采用数控设备（如加工中心等），这样才能保证加工出来的精度符合要求。

　　5、材料方面

　　超音波焊接要求金属材料有柔顺性好（声波传递过程中机械损耗小）的特点，所以最常用的材料为铝合金及钛合金（昆山明丰超音波 0512-57861570     13912668570）。

    材料是保证超声波模具（HORN）寿命于熔接产品效果的主要原因之一，模具完成的过程是复杂的。所以不仅是模具工程师设计务必慎重选择材质，亦需了解本身产品要求该使用何种材质，避免因疏忽而影响其时效与品质。现将目前各种材料的特性略述如下：（明丰超音波均采用世界名牌美国ALCOL公司产品，该公司的7075T651铝材达到美国铝业行业协会AAA标准）

一、铝钛合金（7075、2024、6061-T651）：

7075T651：一般使用于振动系统及HORN制造，硬度高、热传导性强、韧性佳。

2024T651：一般使用于HORN制造，韧性佳、热传导性强、硬度适中，用于一般熔接塑胶制品。

7475T7351:一般用于飞机尾翼制造。经过严格的超声波探伤检验。适合HORN制造，韧性佳、热传导性强、硬度适中。

6061T651：一般使用于底模制造或较低出力之HORN，韧性佳、硬度比2024次之。

二、SCM8：一般用于埋植螺丝、金属镶入，韧性极佳、硬度高、热传导较2024次之。

三、钛合金：一般用于连续发振时机，韧性极高，热传导佳，硬度高，而成本昂贵。

目前底模治具材质：

一、铝合金、铝钛合金：通用于金属或塑胶制品。

二、45C中碳钢：适用于PVC盒、泡壳等齿形成形治具及其他较硬之金属或非金属，如塑钢、PBT等。

三、SS41铁材：适用一般性金属制品或较硬之非金属。

四、环氧树脂：适用不规则形状之塑胶制品。

五、PUT树脂：适用著重外观，出力小，熔接时间短之塑胶制品。

六、电 木：适用于一般平面熔接之塑胶制品，或超音波振盘之治具。