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  超聲波模具的縱向共振頻率也就是其工作頻率,它必須與換能器振動系統的共振頻率保持一致, 否則將導致振動系統縱向工作效率下降 。 而工具的橫向共振則必須盡量抑制。模具的振動可分以下三種狀態:

 (1)超(chao)聲波模具的(de)橫向(xiang)(xiang)尺(chi)寸(cun)(cun)遠(yuan)小于縱(zong)向(xiang)(xiang)尺(chi)寸(cun)(cun), 一般要求(qiu)2倍以上(shang)(shang), 即l,≥2lx, l,≥21y,橫向(xiang)(xiang)諧(xie)振(zhen)(zhen)(zhen)頻率遠(yuan)高于其縱(zong)向(xiang)(xiang)共振(zhen)(zhen)(zhen)頻率, 因(yin)此, 橫向(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)對縱(zong)向(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)影響不(bu)大, 超(chao)聲波模具為什么要開槽工具振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong)類似于沿(yan)Z 方向(xiang)(xiang)的(de)細長(chang)棒的(de)一維(wei)縱(zong)振(zhen)(zhen)(zhen)動(dong),此時(shi),可以利(li)用一維(wei)理論設(she)計超(chao)聲波模具能夠滿足實用上(shang)(shang)的(de)精度(du)要求(qiu)。

 (2)在模(mo)具(ju)的(de)兩(liang)個橫向(xiang)(xiang)尺(chi)寸(cun)(cun)中,其中之一(yi)遠小(xiao)(xiao)于(yu)模(mo)具(ju)的(de)縱向(xiang)(xiang)尺(chi)寸(cun)(cun), 即(ji)滿足(zu)12)21,(或(huo)l,)但模(mo)具(ju)的(de)另(ling)一(yi)個橫向(xiang)(xiang)尺(chi)寸(cun)(cun)較(jiao)大, 接近或(huo)超過模(mo)具(ju)的(de)縱向(xiang)(xiang)尺(chi)寸(cun)(cun), 此時聲波的(de)輻射面為一(yi)狹長的(de)矩形面, 對應(ying)于(yu)較(jiao)小(xiao)(xiao)尺(chi)寸(cun)(cun)方向(xiang)(xiang)上(shang)的(de)橫向(xiang)(xiang)振動(dong)(dong)可以(yi)忽(hu)略不計, 但是(shi)對應(ying)于(yu)較(jiao)大尺(chi)寸(cun)(cun)方向(xiang)(xiang)上(shang)的(de)橫向(xiang)(xiang)共振頻(pin)率與縱向(xiang)(xiang)共振頻(pin)率比較(jiao)接近,兩(liang)者將相互(hu)作(zuo)用。因(yin)此,該方向(xiang)(xiang)上(shang)的(de)橫向(xiang)(xiang)振動(dong)(dong)對縱向(xiang)(xiang)產生較(jiao)大的(de)影(ying)響。此時, 一(yi)維理論不再適用, 必須利(li)用揺(yao)合振動(dong)(dong)理論來(lai)分析、 研究及設計此類系統, 且此橫向(xiang)(xiang)振動(dong)(dong)應(ying)加以(yi)抑制。超聲波模(mo)具(ju)

 ( 3 )工(gong)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)兩(liang)(liang)個橫(heng)向尺寸皆與(yu)其(qi)(qi)縱(zong)(zong)(zong)向尺寸可(ke)相比(bi)擬, 此時(shi)工(gong)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)聲波輻(fu)(fu)射面(mian)為一長與(yu)寬相差(cha)(cha)不大(da)的(de)(de)(de)大(da)尺寸短形面(mian),工(gong)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)縱(zong)(zong)(zong)向共振頻率與(yu)其(qi)(qi)兩(liang)(liang)個橫(heng)向共振頻率比(bi)較接(jie)近。在這種(zhong)情況下,由于泊(bo)松效應(ying)的(de)(de)(de)影響,工(gong)具(ju)(ju)在縱(zong)(zong)(zong)向共振的(de)(de)(de)同時(shi), 在其(qi)(qi)兩(liang)(liang)個橫(heng)向也產生(sheng)較強的(de)(de)(de)振動(dong)(dong)(dong)。縱(zong)(zong)(zong)振動(dong)(dong)(dong)與(yu)橫(heng)振動(dong)(dong)(dong)之問的(de)(de)(de)相互編合使工(gong)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)縱(zong)(zong)(zong)向振動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)態發(fa)生(sheng)變化(hua),此時(shi),如果仍采用(yong)一維理(li)論(lun)來計算及(ji)設計工(gong)具(ju)(ju), 理(li)論(lun)與(yu)實驗將出現(xian)較大(da)的(de)(de)(de)誤差(cha)(cha),因此,必須利用(yong)上(shang)述細合振動(dong)(dong)(dong)理(li)論(lun)對工(gong)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)三維相合振動(dong)(dong)(dong)進行研(yan)究。并且為了保(bao)證工(gong)具(ju)(ju)的(de)(de)(de)工(gong)作效率及(ji)其(qi)(qi)輻(fu)(fu)射面(mian)上(shang)位移(yi)分(fen)布(bu)的(de)(de)(de)均勻(yun)性(xing), 必須對其(qi)(qi)兩(liang)(liang)個方向的(de)(de)(de)橫(heng)向振動(dong)(dong)(dong)分(fen)別加(jia)以有效的(de)(de)(de)抑制。

超聲(sheng)波模(mo)具(ju)(ju)設計(ji)(ji)是(shi)一個(ge)十(shi)分復(fu)雜的(de)工作，需要(yao)(yao)根據模(mo)具(ju)(ju)材料(liao)，尺寸以(yi)及機器頻(pin)率，聲(sheng)學原理(li)等(deng)(deng)因(yin)素綜合考(kao)慮。簡單的(de)說，超聲(sheng)波模(mo)具(ju)(ju)開(kai)槽目的(de)是(shi)破壞超聲(sheng)波傳(chuan)輸中(zhong)產(chan)生的(de)橫(heng)波，一般開(kai)槽是(shi)在1/2橫(heng)波波長位置，這主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)根據聲(sheng)學原理(li)來考(kao)量。至于模(mo)具(ju)(ju)為什么(me)要(yao)(yao)做(zuo)成(cheng)上下寬(kuan)度不一樣，主(zhu)要(yao)(yao)是(shi)考(kao)慮增加出(chu)力，原理(li)類似于將聲(sheng)波出(chu)力放大。一個(ge)好的(de)模(mo)具(ju)(ju)是(shi)焊接穩定的(de)最重要(yao)(yao)前提(ti)，如果模(mo)具(ju)(ju)設計(ji)(ji)不好會(hui)導致一些列焊接問題，如焊接不均勻(yun)，模(mo)具(ju)(ju)發熱(re)，噪音，甚至開(kai)裂等(deng)(deng)等(deng)(deng)！

3.  大尺寸超聲(sheng)波模(mo)具中橫(heng)向(xiang)振(zhen)動(dong)的(de)開槽抑制(zhi)

　　　如上分析, 大尺寸超(chao)聲波模(mo)具的(de)福合(he)振動(dong)存在三個(ge)軸向的(de)諧振頻率, 其中只有一個(ge)是實(shi)際所需(xu)要的(de)。為抑(yi)制(zhi)橫向振動(dong),日前,普遍采用在振動(dong)體(ti)上開槽的(de)方法(fa)。

超聲波(bo)模具(ju)中(zhong)間為(wei)什么要開槽

3.1  開槽位置的(de)確定(ding)

　　設有(you)一(yi)(yi)超(chao)聲(sheng)(sheng)波焊接(jie)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju), 換能(neng)器的(de)(de)(de)(de)(de)激勵(li)方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)沿著模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)Z軸,因此,開(kai)槽(cao)必須能(neng)夠抑(yi)制模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)在(zai)X與(yu)Y這兩(liang)個方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)。若模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de)幾何尺寸(cun)為(wei)l z≥21.、, 而ly與(yu)1 2可(ke)(ke)相(xiang)比擬。相(xiang)應的(de)(de)(de)(de)(de)諧振(zhen)(zhen)頻(pin)率(lv)(lv)為(wei)fr,、 fy,、 f:m,實際中要求f二(er),等一(yi)(yi)f換能(neng)器的(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)頻(pin)率(lv)(lv)。 如前所(suo)述, 模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)在(zai)X方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)對縱向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)影響可(ke)(ke)以忽略。而Y方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)將對Z方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)產生大的(de)(de)(de)(de)(de)影響。根據上文分析,圖(tu)1為(wei)大尺寸(cun)超(chao)聲(sheng)(sheng)塑料焊接(jie)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)相(xiang)合振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)移(yi)分布, 其中實線(xian)(xian)1代(dai)表(biao)(biao)工具(ju)縱向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)基頻(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)移(yi)分布, 其振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)頻(pin)率(lv)(lv)為(wei)fz,。虛線(xian)(xian)1和2分別表(biao)(biao)示工具(ju)在(zai)Y方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)上 橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)(de)(de)(de)基頻(pin)及(ji)二(er)次諧頻(pin)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)式的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)移(yi)分布, 它們(men)對應的(de)(de)(de)(de)(de)頻(pin)率(lv)(lv)分別為(wei)ff,及(ji)fy2, 由位(wei)移(yi)分布圖(tu)可(ke)(ke)以清(qing)楚地看出和f, ,超(chao)聲(sheng)(sheng)波模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)為(wei)什么(me)要開(kai)槽(cao)接(jie)近的(de)(de)(de)(de)(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)式,則可(ke)(ke)對其分別進(jin)行(xing)抑(yi)制。比教簡單(dan)且行(xing)之有(you)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)(fang)法是沿著工具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de) Y方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)開(kai)一(yi)(yi)些平行(xing)于(yu) Z方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)小長糖, 圖(tu)2所(suo)示為(wei)一(yi)(yi)帶有(you)開(kai)槽(cao)的(de)(de)(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)波模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)的(de)(de)(de)(de)(de) Y-Z平面示意圖(tu), 槽(cao)的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置必須位(wei)于(yu)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)Y方(fang)(fang)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)式的(de)(de)(de)(de)(de)節(jie)點(dian)(dian)處(chu), 這是因為(wei)節(jie)點(dian)(dian)處(chu)應力較集(ji)中,最易產生橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong),且對縱向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)影響最小 。對于(yu)頻(pin)率(lv)(lv)為(wei) f, ,的(de)(de)(de)(de)(de)橫(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)模(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)(mo)式, 其振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)節(jie)點(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置可(ke)(ke)由下式決定,

Yn:=與 +(n-')與(n=', 2……j)

(15)式中(zhong),入,為(wei)(wei)對應的(de)波長,另外(wai),為(wei)(wei)了(le)減少開槽對模(mo)具(ju)縱向振動(dong)的(de)影響(xiang),槽的(de)位置也(ye)必須位于超(chao)聲波模(mo)具(ju)縱向振動(dong)的(de)節點處, 并且(qie)對稱于超(chao)聲波模(mo)具(ju)縱向震動(dong)節點。

超聲波模具開槽及橫波分布(bu)

3.2 開槽(cao)寬度的(de)確定超聲波(bo)模具(ju)為什么要開槽(cao)

　　槽(cao)的位置決定(ding)以(yi)后, 還必須合理選擇槽(cao)的寬度(du)(du),當(dang)開糟寬度(du)(du)太小時,不能產生(sheng)有效的抑制作(zuo)用;而寬度(du)(du)太大時,由(you)于工具(ju)質量改變較大, 容易使超聲(sheng)波模具(ju)的縱(zong)向(xiang)(xiang)振(zhen)動(dong)狀態發(fa)生(sheng)變化(hua),因(yin)而也影響超聲(sheng)波模具(ju)的縱(zong)向(xiang)(xiang)共振(zhen)頻率。經(jing)反復實驗,開糟的較理想寬度(du)(du)約為(wei)入(ru)(ru)1/25~ 入(ru)(ru),/20。由(you)此可以(yi)看(kan)出,為(wei)了抑制不同(tong)振(zhen)動(dong)構式的橫向(xiang)(xiang)振(zhen)動(dong),需要在超聲(sheng)波模具(ju)上開設不同(tong)寬度(du)(du)的槽(cao)子。

3.3  開槽長度的確定

　　開槽長(chang)(chang)度(du)(du)對(dui)超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)模(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)有(you)較大的(de)影響, 當(dang)開槽長(chang)(chang)度(du)(du)太短(duan)時(shi), 由(you)于超(chao)聲(sheng)波(bo)(bo)模(mo)(mo)具(ju)(ju)的(de)橫向振(zhen)(zhen)動(dong)是分(fen)布于模(mo)(mo)具(ju)(ju)整個側面上的(de),因此(ci),不(bu)能有(you)效(xiao)(xiao)地(di)消除(chu)橫向振(zhen)(zhen)動(dong), 同時(shi)也(ye)不(bu)能有(you)效(xiao)(xiao)地(di)改(gai)善模(mo)(mo)具(ju)(ju)振(zhen)(zhen)動(dong)輻(fu)(fu)射(she)(she)面的(de)位移分(fen)布。但是,當(dang)開糟(zao)長(chang)(chang)度(du)(du)太長(chang)(chang)時(shi),由(you)于開相(xiang)高(gao)模(mo)(mo)具(ju)(ju)輻(fu)(fu)射(she)(she)面太近,使工(gong)具(ju)(ju)的(de)聲(sheng)波(bo)(bo)輻(fu)(fu)射(she)(she)面上出(chu)現位移分(fen)布不(bu)均勻現象(xiang),影響模(mo)(mo)具(ju)(ju)輻(fu)(fu)射(she)(she)效(xiao)(xiao)率及(ji)產品質量(liang),因此(ci), 綜合上述兩種情況,結合實際工(gong)作經(jing)驗,最(zui)有(you)效(xiao)(xiao)且不(bu)明顯影響工(gong)具(ju)(ju)振(zhen)(zhen)動(dong)分(fen)布的(de)開精(jing)長(chang)(chang)度(du)(du)約為l/4~1/3入 , ,入,為模(mo)(mo)具(ju)(ju)縱向振(zhen)(zhen)動(dong)基頻(pin)模(mo)(mo)式的(de)波(bo)(bo)長(chang)(chang)。

超聲波模具頻率測試

　上面(mian), 我(wo)們討論(lun)了超聲(sheng)波(bo)(bo)模具(ju)(ju)輻射面(mian)為一(yi)狹長矩形面(mian)情(qing)況(kuang), 如果超聲(sheng)波(bo)(bo)模具(ju)(ju)沿X及Y方(fang)向(xiang)的尺寸都較大,則必(bi)須對(dui)超聲(sheng)波(bo)(bo)模具(ju)(ju)的兩個橫向(xiang)振動分別加以開精抑制。 可(ke)以預見, 在這種情(qing)況(kuang)下,工作正在進行。

   為了(le)有(you)(you)效地(di)(di)抑制工具(ju)的(de)(de)(de)橫(heng)(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)動(dong)(dong), 必須首先利用頻率(lv)方(fang)程求出(chu)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波模(mo)具(ju)的(de)(de)(de)縱(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)及橫(heng)(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)諧振(zhen)頻率(lv), 對最接近超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波模(mo)具(ju)縱(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)動(dong)(dong)基頻的(de)(de)(de)橫(heng)(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)動(dong)(dong)模(mo)式進行(xing)開(kai)槽(cao)抑制。開(kai)槽(cao)必須位(wei)于超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波模(mo)具(ju)橫(heng)(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)動(dong)(dong)模(mo)式的(de)(de)(de)節點處, 并(bing)且(qie)合理(li)選(xuan)擇開(kai)糟尺(chi)寸(cun), 為了(le)達到經濟(ji)有(you)(you)效, 應該對最強的(de)(de)(de)橫(heng)(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)動(dong)(dong)加以抑制,只(zhi)有(you)(you)這樣(yang), 才(cai)能有(you)(you)效地(di)(di)抑制大(da)尺(chi)寸(cun)工具(ju)的(de)(de)(de)橫(heng)(heng)向(xiang)(xiang)(xiang)振(zhen)動(dong)(dong), 并(bing)且(qie)改善超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波模(mo)具(ju)聲(sheng)(sheng)(sheng)波輻射面(mian)的(de)(de)(de)位(wei)移分(fen)布均勻程度,提高超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波振(zhen)動(dong)(dong)系(xi)統的(de)(de)(de)縱(zong)向(xiang)(xiang)(xiang)工作(zuo)效率(lv),取得理(li)想的(de)(de)(de)超(chao)聲(sheng)(sheng)(sheng)波焊接效果。