超聲波焊頭設計形狀

超聲波焊頭設計形狀

  　超聲波焊頭設計型狀的選定，原則上加工面積小時采用「錐體型」，加工面積大時采用「階梯型」，加工面積居中則用「指數型」及「懸煉指數型」；實務上我們亦會設計混合型的超聲波模具，如階梯指數型、階梯錐型或加大壓著面積的階梯型焊頭；如加工特殊需求時，亦會設計幾何型體特殊的超聲波焊頭。

  超聲波焊頭型狀的選定如前述是有其基本法則，實務上則常會受限于加工物及加工應用，加工物的形狀及加工位置直接影響焊頭的型狀設計；常見的狀況是因加工位置深入，或要求加工面需為薄小，如采一般的超音波喇叭型狀選定的模式，會有加工物與超聲波焊頭加工節點干涉的問題，此時即需依據加工物與喇叭干涉狀況，來調整焊頭的設計型狀。最常遇到的狀況就是當以階梯型或錐型的喇叭設計會與加工物干涉，需改以指數型喇叭設計，使加工節點成較短避開干涉。如以指數型喇叭設計仍無法避免加工節點干涉，此時喇叭設計可能需考慮以1λ或11/2λ、、的設計來對應。

  加工物干涉焊頭有時亦需設計異型喇叭型狀來因應，當加工物之需加工位置深入且隱藏，致使超聲波焊頭無法作直線加工時，需設計彎曲異型的超聲波焊頭來加工；或加工位置位于工件內，超聲波模頭無空間可作直線加工，由于空間及角度的限制，只能從側面加工，此時設計超聲波焊頭型狀，需采改變振動方向及深入加工物的設計，才能達到加工的需求。

超聲波焊頭設計形狀的選定

  　超聲波焊頭設計型狀的選定，一般是以加工面積來決定，設計習慣上會以簡單的幾何體，及易于加工成型作為考慮依據；另外就是以超聲波焊頭幾何型體的特性為準則，如以「增益比」（即振幅放大比）為設計主要考慮因素時，錐體型超聲波焊頭在有增益的超聲波焊頭幾何型體中是增益最小的，而階梯型喇叭，是有增益的焊頭幾何型體中增益最大的。如以「超聲波模具壽命及耐沖擊」考慮，則錐體型喇叭，在有增益的焊頭幾何型體中是最佳的，而階梯型超聲波焊頭，則是有增益的焊頭幾何型體中，壽命及耐沖擊設計風險最大的。

  　超聲波焊頭的設計，焊頭上端面的斷面積可由總合振幅放大比（錐體變幅桿的振幅放大比與焊頭振幅放大比之積）決定，總合振幅放大比并非可任意增大，受限于焊頭的內部損失、疲勞限度等，理論上最大約20～30。若加工斷面積小，致使總合振幅放大率超過30時，可采用增大喇叭加工端斷面積，來抑制總合振幅放大率為30以下。超聲波焊頭大端斷面積若太增大比值，會受超聲波焊頭橫振動影響，通常喇扒設計上會使斷面尺寸為1/4λ以下。

  　理論上總合振幅放大比設計最大可達20～30，實務上需考慮超聲波焊接機振動系統頻率及其輸出功率，還有其應用層面，才能如理論上設計高總合振幅放大比的超聲波焊頭，因此高總合振幅放大比的超聲波案頭，其設計是有限制性的。高總合放大比的超聲波應用，最常見于超聲波加工機，尤其是高頻、低功率（功率小于100W）的超聲波加工機系統，超聲波塑料熔接機系統多屬高功率，因此甚少見。

 超聲波振動系統

   故此組振動部組之錐體（BOOSTER）與喇叭（HORN）之總合放大比，為3×10＝30加工物干涉時超聲波焊頭型狀的選定