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超声波焊接机焊接系统超声换能器、变幅杆和焊头的选择

发布时间:2021-04-28 08:30:00

超声波焊接机焊接系统超声换能器、变幅杆和焊头的选择

超声换能器(超声振动系统)原理与设计协调

文摘:对塑料超声波焊接机超声换能器系统的设计计算,利用pro-e3d软件绘制三维模型,最后进行频率分析,为超声换能器系统提供了一种有用的设计方法。。

关键词:超声波换能器、超声振动器、超声振捣器、超声振动系统

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。传统的加工技术已不能满足现代塑料工业的发展需要。超声波塑料焊机焊接塑料制品时不添加任何粘合剂、填料或溶剂,且不消耗大量热量。本实用新型具有操作简单、焊接速度快、焊接强度高、生产效率高等优点。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喇叭,是超声焊接的基本部件。良好的超声换能器是超声波焊接的前提。

超声换能器是将电能转换为机械振动并放大振幅的元件,主要包括超声波换能器、超声喇叭和超声波焊接接头。超声换能器在超声塑料焊接机中的工作原理是利用压电陶瓷材料的逆压电效应产生振动。压电晶体被置于外部电场中。在电场作用下,晶体中正负电荷的重心发生移动。这种偏振位移导致晶体变形。这就是所谓的反向压电效应。

超声喇叭是超声加工设备声振动系统的重要组成部分。在超声振动系统的工作过程中,超声换能器辐射面的振动幅度较小。当工作频率在20kHz以内时,超声波焊接时,超声换能器辐射面振幅仅为几微米,所需振幅约为几十~数百微米。因此,有必要借助喇叭来增大机械振动颗粒的位移和速度,将超声能量集中在较小的区域,产生能量收集效应。超声波喇叭还可作为机械阻抗转换器,实现传感器与负载之间的阻抗匹配,使超声波能更有效地从换能器传输到负载。

超声波塑料焊机传感器系统的设计主要包括超声波传感器、超声波喇叭、焊接接头三部分,如图1所示。超声换能器主要由前盖板和后盖板组成,中间有陶瓷晶体层叠。前盖板和后盖板。如图1所示,传感器的三个部件通过螺钉连接在一起。超声波传感器与超声波喇叭相连,喇叭与焊接接头通过双头螺柱相互连接。在超声塑料焊接机中,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。整个振动系统通过在喇叭横截面上安装喇叭固定在车架上。

超声波塑料焊接机工作时,需要高频纵向振动来加工塑料工件,使工件上下模上下振动,熔化焊接层,达到焊接效果。因此,所选换能器类型为结构简单的纵向复合换能器。前两个是金属盖,第二个是金属盖。中间是压电陶瓷晶体的层压层,通常是一个带有圆孔的纵向极化板或管,或径向极化的圆管。用压力螺钉拧紧三个部件。

1高强度应力杆2。绝缘环3。陶瓷板4。后盖5。导线6。封面

压电陶瓷体的超声波传播速度为c=2418m/s,陶瓷板直径d=60mm,陶瓷板数n=2。从前后盖板的长度和直径来看,利用振动方程的一般解条件,不难找到前后振动速度的频率方程比值。前罩始终是声波在相应频率下传播到覆盖层中的波长的1/4,因此前罩的长度为64mm。后盖板选用低碳钢,型号45钢。为了使后盖与陶瓷晶体层具有较好的弹性连接,将后盖与陶瓷晶体层的连接部分替换为硬质铝。前盖采用硬质铝,型号2a01,与陶瓷片直径相同。

前后盖板呈圆柱形,直径与陶瓷片相同。后盖的总长度可计算为48 mm。

根据超声波塑料焊机的工作条件,选择了喇叭的类型,根据振幅放大系数,得到了喇叭功率与振幅的关系,得到了喇叭的尺寸,最后设计了喇叭。

超声波塑料焊接机工作时,刀头对工件的受力约为30~50N,力不大,属于中等强度工作状态。因此,可选择2a01硬铝型作为制造材料。为使刀头正常工作,与刀头输出端和喇叭连接的零件应匹配。匹配是指喇叭输出与刀头输入之间的阻抗匹配。因此,喇叭的输出阻抗要求等于刀头在共振频率下的关节表面的输入阻抗。根据上述知识,只有当两个阻抗的横截面积相等时,两者的阻抗才相等。

根据任意变截面振动方程,在已知振动器各部分坐标和边界条件的情况下,求解振动方程的一般解。最后,根据一般解的频率方程,结合压电陶瓷材料能量仪的特点,设计了一种超声换能器的振动速度传感器的边界条件和应力分布方程。根据超声波塑料焊机的工作条件,选择喇叭的类型,根据振幅放大系数、波功率与振幅的关系,确定喇叭零件的尺寸。根据喇叭振动速度方程和喇叭的一般解,方便地计算了喇叭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机的焊接头。

经过一系列知识的设计计算,最终确定了超声波换能器、喇叭、刀头的尺寸。通过Pro-E软件进行频谱分析,验证其是否满足设计要求。设计了超声波塑料焊机的振动系统,为超声振动系统提供了有益的设计步骤和方法。

超声波换能器的选择:

超声换能器是一种能量转换装置,其功能是将输入的电能转换成机械能(即超声波),然后进行传输。它消耗的能量很小(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输出端子匹配,然后进行机械安装和匹配尺寸。市场上有多种类型的超声波机械。客户必须提供准确可靠的指标,确保公司提供的超声波换能器产品能与您的超声波机械匹配,并能达到性能。

选择超声波传感器和振动器时应注意以下参数:

① 共振频率:F,单位:kHz

频率是指利用阻抗特性分析仪等频率发生器和毫伏表,用传输线法测量的频率。通常称为小信号频率。相反,车载频率,即用户通过电缆将传感器连接到逆变器电源并通电或通电后卸载时测量的实际工作频率。由于用户的匹配电路不同,不同驱动功率的同一传感器的频率不同。这种频率不能用作订购的依据。

② 传感器电容:CT,单位:PF

也就是说,传感器的自由电容通常可以通过频率为400hz-1000hz的电容桥或具有阻抗特性分析仪的类似仪器来测量。为了简单起见,采用传统便携式电容器进行测量也能满足要求。

由于加工方法和要求不同,传感器的工作方法可分为连续工作(花边机、CD套机、拉链机、金属焊接等)和脉冲工作(如塑料焊机)。传感器要求不同。一般来说,连续运行几乎没有暂停时间,但工作电流不大,脉冲工作是间歇性的,有停顿,但瞬时电流很大。平均而言,这两个州都有很高的权力。

出于不同目的和目的,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,在不同机器上使用的相同传感器的标称功率可能不同。为避免歧义,客户应明确换能器结构的类型,如柱型、倒喇叭形等,以及压电陶瓷芯片的直径和数量。

主要包括超声喇叭材料、表面处理方法和形状。超声波换能器与超声波变幅杆的连接螺纹、超声波变幅杆与超声波模具的连接螺纹、间隙或螺孔的直径、厚度、数量和位置等均位于超声变幅杆法兰上。


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