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超声波 焊接工装的设计

  工具头 作为超声波焊接机和物料的接触界面,其主要 功能是将由变幅器输出的纵向机械振动均匀有效地传递到物料上,所用的 材料通常是优质铝合金甚至钛合金。因为塑 料物料的设计变化多,外型千差万别,工具头 也要随之而变化。工作面 的形状要与物料配合良好,在振动 时才不至于损伤塑料表明;同时其 一阶纵向振动固由频率要与焊接机的输出频率协调,否则振 动能量会被内耗掉。工具头在振动时,局部会产生应力集中,如何优 化这些局部结构也是设计时需要考虑的问题。本文就如何应用ANSYS设计工具头,优化设 计参数和制造公差进行探讨。

  如前所述,超声波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。本文通过有限元方法,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,本文引入DFSS(Design For Six Sigma)的理念,对工装 进行优化和健壮设计。6-Sigma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,首先根 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。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。以下逐 步进行详细介绍。

 


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