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超声波焊接机焊头分析

  • 超声波焊接机模具设计

 

超声波技术已经广泛应用于金属、塑料焊接工艺中。焊接工装(Horn),因其对结构动力学方面的高性能要求,传统的仿造、修模设计方法已不能适应塑料产品多变的要求。超声波焊接的原理入手,通过有限元法进行固有频率和模态分析,设计新型工装,满足有效传递和均匀分配振动能量的功能要求。在设计过程中结合ANSYS的参数化建模、全因子实验设计优化(DOE)和概率设计系统(PDS)模块,进行参数设计和健壮性设计,调整几何尺寸,使得工装的固有频率和超声波频率匹配,对应的模态在工作面振幅均匀,减少了局部结构应力集中的问题,同时对材料和环境的参数变化有较好的适应性。所设计的工装一次加工完成投入使用,避免了反复修整工装所带来的时间和成本上的浪费。

焊接工装的设计相当重要。国内有不少超声波设备供应商自行生产焊接工装,但是他们中有相当一部分是仿制已有,然后不断的修整工装、测试,通过这种反复调整的方法达到工装与设备频率协调的目的。我司通过有限元方法,在设计工装时就能把频率确定,制造出来的工装测试结果与设计频率误差不过1%。同时,引入DFSS(Design For Six Sigma)的理念,对工装进行优化和健壮设计。设计的理念是在设计过程中充分收集客户心声进行针对性的设计;并且预先考虑生产过程可能出现的偏差,保证 终产品的质量分布在合理的水平内。设计流程如图二所示,从制定设计指标开始, 先根据已有经验初步设计工装的结构和外型尺寸,在ANSYS中建立参数化模型,然后通过仿真实验设计(DOE)方法确定模型中的重要参数,根据健壮要求,确定数值,接着对其他参数用子问题法进行寻优。考虑到工装在制造和使用过程中材料、环境参数的影响,还对其进行了公差设计,满足制造成本的要求。 后是制造、测试检验理论设计和实际的误差,满足设计指标即交付使用。

塑焊机模具模具分析

每颗焊头3D设计都经过有限元分析,保证产品焊接部位超声波焊头振幅的一致性,以达到 均匀、 稳定的塑件焊接效果。
红色部分代表超声波焊头振幅的分布情况,以及 大振幅输出点。