超声波焊接机换能器制造商及焊接换能器的结构原理

　　超声波换能器、超声波振动器和超声波振动系统在当代社会，各种塑料制品已经渗透到人们日常生活的各个领域。传统的加工技术已经不能满足现代塑料工业的发展需要。超声波塑料焊接机在焊接塑料制品时不添加任何粘合剂、填料或溶剂，不消耗大量热源。它具有操作简单、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高的优点。因此，超声波焊接技术得到了越来越广泛的应用。超声换能器系统通常包括超声换能器和超声变幅杆，它们是超声焊接的基本部件。良好的超声波换能器是超声波焊接的前提。

　　在电场的作用下，晶体中正电荷和负电荷的重心移动。这种极化偏移导致晶体变形。这就是所谓的逆压电效应。超声变幅杆是超声加工设备中超声振动系统的重要组成部分之一。在超声振动系统的工作过程中，由于超声换能器的辐射面产生的振动幅度较小，当工作频率在20 khz范围内时，超声焊接中超声换能器的辐射面的幅度只有几微米，所需的幅度在几十到几百微米左右。因此，有必要借助变幅杆放大机械振动粒子的位移和运动速度，将超声波能量集中在较小的区域，产生能量收集效果。超声波变幅杆还可以用作机械阻抗转换器，以桥接传感器和负载之间的阻抗匹配，从而超声波可以更有效地从传感器传输到负载。2超声波换能器系统设计超声波塑料焊接机的换能器系统设计主要包括三个部分：超声波换能器、超声波变幅杆和焊接头，如图1所示。超声波换能器主要由前端组成，后盖板由夹在中间的陶瓷晶体层压板组成。前后盖。从图1可以看出，传感器的三个部分通过螺钉连接在一起。超声换能器、超声变幅杆、变幅杆和焊接头通过双头螺栓连接在一起。在超声波塑料焊接机中，由传感器、焊接头和超声波焊接头连接的系统称为振动系统。通过在喇叭的横截面上安装喇叭，整个振动系统被固定在框架上。2.1超声波换能器的设计超声波塑料焊接机工作时，需要高频纵向振动对塑料工件进行处理，使工件上下模具上下振动，焊接层熔化，达到焊接效果。因此，选择的传感器类型是结构简单的纵向复合传感器。示意图如图2所示。前两个是金属盖；第二个是金属盖。中间是压电陶瓷晶体叠层，通常是纵向的偏光板或圆孔管或径向极化的圆管。用压力螺钉拧紧这三个零件。1.高强度应力棒

　　2.绝缘环

　　3.陶瓷板

　　4.后盖

　　5.电线

　　6.传播速度c=2418 m/s，陶瓷直径D=60 mm，陶瓷板数n=2的前盖压电陶瓷体超声陶瓷板设计。通过计算前后盖板的长度和直径，利用振动方程的一般解条件，不难得到频率方程与前后振动速度的比值。前盖的大小始终等于盖下对应的频率。为了分析1/4波长的弹性波传播，前盖长度为64 mm，后盖采用低碳钢，型号为45钢。为了使换能器中后盖板和陶瓷晶体叠层之间的连接弹性更好，后盖板和陶瓷晶体叠层之间的连接部分由硬铝代替。前盖为硬铝材质，型号为2A01，直径与陶瓷圆片相同。前盖和后盖是圆柱形的，并且具有与陶瓷晶片相同的直径。后盖的总长度可计算为48毫米。2.2 2超声波变幅杆的设计根据超声波塑料焊接机的工作条件，选择变幅杆的类型；根据振幅放大倍数、波功率和振幅的关系，得出喇叭的尺寸，最后给出喇叭的设计。传感器输出a的幅度计算为0.0022m，喇叭的输出幅度为0.02 mm，因此幅度放大系数为9.09，其中喇叭的输出ve幅度vf为喇叭的输出幅度。传感器。因此，当选择阶梯喇叭时，放大系数不会很大，如图3所示。选择硬铝作为喇叭的材料。杜拉的型号是2A01。喇叭小端的直径是D6=20毫米。为了使喇叭输出的最大幅度和速度l5=l6=64mm，喇叭的长度为l=l5l6=128mm。

　　步进式超声波模具利用PRO-E软件分析变幅杆的频率。首先，根据喇叭的尺寸，利用PRO-E  3D软件绘制喇叭的三维模型。其次，利用频率分析工具对喇叭频率进行分析，输入的最小频率值为20000Hz，材料为2A01，材料的弹性模量分别为0.7  105 MPa和0.3。最后，分析结果如图4所示。喇叭输出的振动频率为20544Hz，与20 kHz的初始频率相差不大，可以满足设计要求。2.3超声波焊接头的设计超声波塑料焊接机工作时，切割头对工件的作用力约为30-50 N，所以作用力不大，属于中等强度的工作状态，可以选择2A01硬质铝作为制造材料。为了使刀头正常工作，连接到刀头输出端和喇叭的零件应匹配。匹配是指喇叭输出和刀盘输入之间的阻抗匹配。因此，在谐振频率下，喇叭的输出阻抗需要等于工具头在其接合面上的输入阻抗。根据以上知识，只有当它们的截面积相等时，它们的阻抗才相等。超声波焊头图利用PRO-E软件分析超声波焊头的频率。首先，根据焊接头的尺寸，利用PRO-E三维软件绘制出工具头的三维模型。其次，分析了刀头的频率，输入的最小频率值为20 kHz，材料为2A01，材料的弹性模量分别为0.7  105 MPa和0.3。从频率分析可以看出，焊头小端即图上部的谐振频率为20021Hz，与原来的超声频率20kHz相差不大。因此，刀头的设计可以满足设计要求，并可以与之结合使用。从传感器通过喇叭传递到喇叭输入端的振动会产生共振。超声变幅杆的频率分析根据任意变截面振动方程，在已知振子各部分坐标和边界条件的情况下，求解振动方程的通解。最后，得到了通解附近的频率方程以及超声换能器各部分随振动速度变化的边界条件和应力分布方程。基于压电陶瓷材料的特性等一系列知识，设计了一种超声波换能器。根据超声波塑料焊接机的工作条件，选择喇叭的类型；根据振幅放大系数、波功率和振幅之间的关系，得到喇叭部分的尺寸。根据振动速度方程和变幅杆的通解，可以方便地计算变幅杆各部分的应力和振动速度分布。根据频率方程和强度条件，设计了超声波塑料焊接机的焊接头。

　　经过一系列的知识设计和计算，最终确定了超声换能器、变幅杆和刀盘的尺寸，并用PRO-E软件进行频谱分析，验证是否满足设计要求。这样就完成了超声波塑料焊接机振动系统的设计，为超声波振动系统的设计提供了有益的步骤和方法。2.超声波换能器的选择：超声波换能器是一种能量转换设备，其功能是将输入的电能转换成机械能(即超声波)后进行传输，消耗的电能很少(不到10%)。因此，在使用超声波换能器时，最重要的问题是与输入和输出端子的匹配，其次是机械安装和匹配尺寸。市场上的超声波机种类繁多，客户必须提供准确可靠的指标，以确保公司提供的超声波换能器产品能够完美匹配您的超声波机，达到最佳性能。超声换能器超声换能器和超声振动器的选择应注意以下参数：共振频率： f，单位频率： KHz是指用阻抗特性分析仪、频率发生器、毫伏表等用传输线法测得的频率。通常称为小信号频率。相反，它是车辆频率，即当客户通过电缆将传感器连接到逆变器电源并通电或通电后清空时测量的实际工作频率。由于客户的匹配电路不同，同一换能器不同驱动功率的频率也不同。这些频率不能作为订购的基础。传感器电容为： CT，单位为： PF，也就是说传感器的自由电容通常可以除以频率或阻抗特性为400Hz-1000Hz的电容电桥。分析仪类似于测量仪器。为了简单起见，用普通便携式电容计测量也能满足要求。由于加工方法和要求不同，换能器的工作方式大致可分为连续工作(花边机、CD套机、拉链机、金属焊接等)。)和脉冲工作(如塑料焊接机)。传感器有不同的要求。一般来说，连续运行几乎没有停顿时间，但工作电流不是很大。脉冲操作间歇暂停，但瞬时电流大。平均来说，这两个州都有很大的权力。传感器类型和最大功率因用途不同，机器制造商可能对机器的标称功率有不同的规定。换句话说，不同机器上使用的同一传感器的标称功率可能不同。为了避免歧义，客户应指定传感器的结构类型，如柱式、倒喇叭形等。以及压电陶瓷晶片的直径和数量。安装尺寸主要包括超声变幅杆材料、表面处理方法和形状。超声换能器与超声变幅杆之间的连接螺纹、超声变幅杆与超声模具之间的连接螺纹的数量和位置、直径、厚度、间隙或螺孔位于超声变幅杆的法兰上。