超聲波焊接技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬和塑料焊接技術(shù)中，超聲波焊接機只能通過更換超聲波模具來焊接各種產(chǎn)品。超聲波模具又稱為焊頭，需要根據(jù)超聲波焊接機的固有頻率來設(shè)計制作。由于其對結(jié)構(gòu)動力學(xué)的高性能要求，傳統(tǒng)的模仿和模具修復(fù)的設(shè)計方法已經(jīng)不能滿足塑料產(chǎn)品不斷變化的要求。
從超聲波焊接原理出發(fā)，采用有限元方法進行固有頻率和模態(tài)分析，設(shè)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(shè)計過程中，結(jié)合ANSYS的參數(shù)化建模、全因素實驗設(shè)計優(yōu)化(DOE)和概率設(shè)計系統(tǒng)(PDS)模塊進行參數(shù)化設(shè)計和穩(wěn)健性設(shè)計，調(diào)整幾何尺寸，使焊頭的固有頻率和超聲頻率相匹配，相應(yīng)的模態(tài)在工作面具有均勻的振幅，從而減少局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的問題，對材料和環(huán)境的參數(shù)變化具有較好的適應(yīng)性。 設(shè)計的焊頭一次加工后投入使用，避免了反復(fù)修整工裝造成的時間和成本浪費。
焊接工裝的設(shè)計非常重要 許多國內(nèi)超聲設(shè)備供應(yīng)商都生產(chǎn)自己的焊接超聲模具，但不少供應(yīng)商模仿現(xiàn)有的模具，然后不斷修整和測試工裝，從而通過這種反復(fù)調(diào)整的方法達(dá)到協(xié)調(diào)工裝和設(shè)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(shè)計的頻率，制造的模具試驗結(jié)果與設(shè)計頻率之間的誤差不超過1% 同時，引入了DFSS(六西格瑪設(shè)計)的概念來優(yōu)化和穩(wěn)健地設(shè)計超聲波焊頭。
設(shè)計理念是在設(shè)計過程中充分收集客戶的聲音，進行有針對性的設(shè)計；此外，提前考慮生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的偏差，以確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量分布在合理的水平之內(nèi)。 從設(shè)計指標(biāo)的制定出發(fā)，首先根據(jù)已有經(jīng)驗的初步設(shè)計焊頭的結(jié)構(gòu)和外形尺寸，在ANSYS中建立參數(shù)化模型，然后用模擬實驗設(shè)計(DOE)方法確定模型中的重要參數(shù)，根據(jù)穩(wěn)健性要求確定數(shù)值，然后用子問題法對其他參數(shù)進行優(yōu)化。
考慮到超聲波模具制造和使用過程中材料和環(huán)境參數(shù)的影響，還進行了公差設(shè)計，以滿足制造成本的要求。 最后，通過制造和測試檢驗理論設(shè)計和實際誤差，達(dá)到設(shè)計指標(biāo)并交付使用。
通過有限元方法分析各超聲波模具的三維設(shè)計，確保產(chǎn)品焊接部位超聲波焊頭振幅的一致性，從而達(dá)到塑料零件最均勻、的焊接效果。
藍(lán)色部分代表超聲波模具振幅的分布和振幅輸出點。
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