關鍵詞： 超聲波換能器、超聲波振動器、超聲波振動系統
在當代社會，各種塑膠製品已經滲透到人們日常生活的各個領域。傳統的加工技術已經不能滿足現代塑膠工業的發展需要。超聲波塑膠焊接機在焊接塑膠製品時不新增任何粘合劑、填料或溶劑，也不消耗大量熱源。它具有操作簡單、焊接速度快、焊接強度高、生產效率高的優點。因此，超聲波焊接技術得到了越來越廣泛的應用。超聲波換能器系統通常包括超聲波換能器和超聲波喇叭，它們是超聲波焊接的基本組成部分，良好的超聲波換能器是超聲波焊接的先決條件。
超聲波換能器
1。超聲換能器的工作原理
超聲波換能器是將電能轉化為機械振動並放大振幅的元件，主要包括超聲波換能器、超聲波喇叭和超聲波焊頭。超聲波塑膠焊接機上的超聲波換能器的工作原理是利用壓電陶瓷材料的反向壓電效應產生振動。壓電晶體被放置在外部電場中。在電場的作用下，晶體內部正電荷和負電荷的重心移動。這種極化位移導致晶體變形。這被稱為反向壓電效應。
超聲波喇叭是超聲波處理裝置中超聲波振動系統的重要部件之一。在超聲振動系統的工作過程中，由於超聲換能器輻射面產生的振動幅度較小，當工作頻率在20 khz範圍內時，超聲波焊接中超聲波換能器輻射表面的振幅只有幾微米，所需振幅約為數十到數百微米。因此，有必要在喇叭的幫助下放大機械振動顆粒的位移和移動速度，並將超聲波能量集中在較小的區域以產生能量收集效果。超聲波喇叭也可以用作機械阻抗轉換器，以橋接感測器和負載之間的阻抗匹配，從而能夠更有效地將超聲波從感測器傳輸到負載。
2超聲換能器系統設計
超聲波塑膠焊接機換能器系統的設計主要包括三個部分： 超聲波換能器、超聲波喇叭和焊頭，如圖1所示。超聲波換能器主要由前端組成後蓋板由夾在其中的陶瓷晶體層壓板組成。前後蓋板。從圖1可以看出，感測器的三個部分透過螺釘連線在一起。超聲波換能器、超聲波喇叭、喇叭和焊頭透過雙頭螺柱連線在一起。在超聲波塑膠焊接機中，由感測器、焊頭和超聲波焊頭連線的系統稱為振動系統。透過將喇叭安裝在喇叭的橫截面上，整個振動系統固定在框架上。
2。1個超聲換能器的設計
超聲波塑膠焊接機工作時，需要高頻縱向振動來處理塑膠工件，使工件的上下模具上下振動，焊接層熔化以達到焊接效果。因此，選擇的感測器型別是具有簡單結構的縱向複合感測器。示意圖如圖2所示。前兩個是金屬蓋； 第二個是金屬蓋。中間是壓電陶瓷晶體層壓板，通常是帶有圓孔的縱向偏振板或管，或具有徑向極化的圓管。用壓力螺釘擰緊這三個部分。
1。高強度應力杆2。絕緣環3。陶瓷板4。後蓋5。電線6。前蓋
壓電陶瓷體超聲波陶瓷板在傳播速度c = 2418 m/s下的設計，陶瓷直徑D = 60毫米陶瓷片數n = 2。計算前後蓋板的長度和直徑，利用振動方程的一般解條件，不難得到頻率方程與前後振動速度之比。前蓋的尺寸總是等於蓋子下面相應的頻率。為了分析在1/4的聲波波長下的彈性波傳播，前蓋的長度為64毫米。後蓋選用低碳鋼，型號為45鋼。為了使後蓋板和換能器中的陶瓷晶體層壓板具有更好的連線彈性，將後蓋板和陶瓷晶體層壓板的連線部分替換為硬鋁。前蓋由硬鋁製成，型號為2A01，直徑與陶瓷晶片相同。
前蓋和後蓋的形狀是圓柱形的，直徑與陶瓷晶片相同。後蓋的總長度可以計算為48毫米。
2。2個超聲波喇叭的設計
根據超聲波塑膠焊接機的工作條件，選擇喇叭的型別； 根據振幅放大係數，波功率和振幅之間的關係，得到喇叭的尺寸，最後是喇叭的設計。
計算感測器輸出A的振幅 = 0。002 2 m，喇叭的輸出振幅為0。02毫米，因此振幅放大係數為9。09，其中喇叭的輸出ve振幅vf是喇叭的輸出振幅。感測器。因此，選擇階梯式喇叭時放大係數不會很大，如圖3所示。選擇硬鋁作為喇叭的材料。dura的模型是2A01。喇叭小端的直徑是d6 = 20毫米。為了使喇叭輸出的最大振幅和速度l5 = l6 = 64毫米，因此喇叭的長度為L = l5 + l6 = 128毫米。
階梯式超聲波模具
使用PRO-E軟體分析喇叭的頻率，首先根據喇叭的大小，使用PRO-E 3D軟體繪製喇叭的三維模型。其次，使用頻率分析工具分析喇叭頻率，輸入最小頻率值為20000Hz，材料為2A01，材料的彈性模量為0。7 × 105兆帕，0。3。最後，分析結果如圖4所示。喇叭輸出端的振動頻率為20544Hz，與20 kHz的初始頻率相差不大，因此可以滿足設計要求。
2。3個超聲波焊頭的設計
超聲波塑膠焊接機工作時，刀頭對工件的作用力約為30-50 N，所以力不大，屬於中等強度的工作狀態，所以你可以選擇2A01硬鋁作為製造材料。為了使刀頭正常工作，連線到刀頭輸出端和喇叭的零件應該匹配。匹配是指喇叭輸出和刀頭輸入之間的阻抗匹配。因此，在共振頻率下，喇叭的輸出阻抗需要等於工具頭在其接合表面上的輸入阻抗。根據以上知識，只有當它們的橫截面面積相等時，兩者的阻抗才相等。
超聲波粘合頭圖
使用PRO-E軟體分析超聲波焊頭的頻率，首先根據焊頭的尺寸，使用PRO-E 3D軟體繪製工具頭的三維模型。其次，對刀頭進行頻率分析，輸入的最小頻率值為20 kHz，材料為2A01，材料的彈性模量為0。7 × 105 MPa，0。3。頻率分析
可以看出，焊頭小端的共振頻率，即圖的上部為20021Hz，這與最初的20kHz超聲波頻率沒有太大區別。因此，刀頭的設計可以滿足設計要求，並可以與之結合使用。從感測器透過焊頭傳遞到焊頭輸入的振動將產生共振。
超聲波喇叭頻率分析
按照任何變截面的振動方程，在知道振動器各部分的座標和邊界條件的情況下，求解振動方程的一般解，最後，得到了一般解周圍的頻率方程以及振動速度超聲換能器各部分的邊界條件和應力分佈方程，結合壓電陶瓷材料的特性等一系列知識，設計了一種超聲換能器。根據超聲波塑膠焊接機的工作條件，選擇喇叭的型別； 根據振幅放大係數、波功率和振幅之間的關係，獲得喇叭部分的尺寸。根據振動速度方程和喇叭的一般解，計算喇叭各部分的應力和振動速度分佈是方便的。根據頻率方程和強度條件，設計了超聲波塑膠焊接機的焊頭。
超聲換能器引數測試
經過一系列知識設計和計算，最終確定超聲換能器、喇叭和刀頭的尺寸，並透過PRO-E軟體分析光譜，為了驗證它是否符合設計要求。這樣，完成了超聲波塑膠焊接機振動系統的設計，為超聲波振動系統提供了有用的設計步驟和方法。
2。超聲換能器的選擇：
超聲換能器是一種能量轉換裝置，其功能是將輸入的電能轉換為機械能 （I。E。，超聲波） 然後傳輸，它本身消耗很少的電能 （小於10%）。因此，使用超聲波換能器時要考慮的最重要的問題是與輸入和輸出端子匹配，其次是機械安裝和匹配尺寸。市場上有許多型別的超聲波機械，客戶必須提供準確可靠的指標，以確保公司提供的超聲波換能器產品能夠完美匹配您的超聲波機械並實現最佳效能。
超聲波換能器
超聲波換能器和超聲波振動器的選擇應注意以下引數：
① 共振頻率： f，單位： KHz
頻率是指使用阻抗特性分析儀等透過頻率發生器、毫伏表等透過輸電線路方法測量的頻率。它通常被稱為小訊號頻率。相反的是車載頻率，也就是說，當客戶透過電纜將感測器連線到逆變器電源並在通電後通電或清空時測量的實際工作頻率。由於客戶的匹配電路不同，具有不同驅動功率的同一換能器的頻率也不同。這些頻率不能作為訂購的基礎。
② 感測器電容： CT，單位： PF
也就是說，感測器的自由電容通常可以由電容橋以400Hz-1000Hz的頻率或阻抗特性來劃分。分析儀類似於測量儀器。為了簡單起見，使用普通行動式電容表進行測量也可以滿足要求。
感測器工作
由於加工方法和要求不同，換能器的工作方法大致可分為連續工作 （花邊機、CD套筒機、拉鍊機、金屬焊接等） 和脈衝工作 （如塑膠焊接機）。感測器有不同的要求。一般來說，連續操作幾乎沒有暫停時間，但工作電流不是很大。脈衝操作間歇停頓，但瞬時電流較大。平均來說，兩個州的權力都很大。
④ 感測器型別和最大功率
出於不同的目的和目的，機器製造商可能對機器的標稱功率有不同的規定。換句話說，不同機器上使用的相同感測器的標稱功率可能不同。為了避免歧義，客戶應指定換能器的結構型別，例如柱型、倒喇叭形狀等，以及壓電陶瓷晶片的直徑和數量。
⑤ 安裝尺寸
主要包括超聲波喇叭材料、表面處理方法、形狀。超聲波換能器和超聲波喇叭的連線螺紋，超聲波喇叭和超聲波模具的連線螺紋，直徑，厚度，間隙或螺孔的數量和位置位於超聲波喇叭的法蘭上。
