一种多边形多焊接面超声金属工具头的制作方法

本实用新型涉及超声波焊接技术领域，尤其涉及一种多边形多焊接面超声金属工具头。

背景技术：

目前，超声波技术已经广泛应用于金属、塑料焊接工艺中。焊接工装(horn)，因其对结构动力学方面的高性能要求，传统的仿造、修模设计方法已不能适应产品多变的要求。本文从超声波焊接的原理入手，通过有限元法进行固有频率和模态分析，设计新型工装，满足有效传递和均匀分配振动能量的功能要求，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横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合金钢材。超声金属焊接(umw)是一种固态连接方法，其中超声振动在压力下振动贴合在一起的金属片并产生摩擦运动，从而驱散界面氧化物和污染物而使金属与金属接触并在表面之间产生结合(扩散)过程。当频率振动被传播到两金属的界面上、同时他们在适当的压力下被保持在一起时，这两块金属零件之间便形成超声焊接。

但是，现有的超声金属焊接工具头因其焊接工件为金属，对工具头品质要求，导致工具头材料成本高且容易磨损，传统两个边和两个面或者四个边和四面的超声金属焊工具头，由于焊接面少，工具头的使用寿命受到了很大的限制，使用寿命短，使用率低，尤其在使用自动化设备的集成上超声金属焊工具头连续工作，使其工具头的使用寿命更为低下。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种多边形多焊接面超声金属工具头，以解决上述由于焊接面少，使用寿命短，使用率低，尤其在使用自动化设备的集成上超声金属焊工具头连续工作，使其工具头的使用寿命更为低下等问题。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种多边形多焊接面超声金属工具头，包括焊头本体、连接孔、焊接端及焊齿，所述连接孔设置于焊头本体的一端，所述焊接端设置于焊头本体的另一端，所述焊接端环绕焊头本体设置且凸出焊头本体，所述焊齿设置于焊接端的侧面；

所述焊头本体的长度为半波长或者全波长，所述焊接端的截面呈正六边形、正八边形、正十边形或者正十二边形。

进一步地，所述焊接端包括一组或者多组，多组焊接端并排设置且多组焊接端的侧面一致。

进一步地，所述焊齿呈网纹或者直纹排列；

所述焊齿呈条形覆盖于焊接端的一个或者多个侧面上，或者是焊齿呈簇状覆盖于焊接端的一个或者多个侧面上。

进一步地，所述焊头本体从连接孔一端到焊接端依次为连接头、连接座和传递杆，所述连接孔设置于连接头上，所述连接座的一端连接连接头，所述连接座的一端连接传递杆，且所述连接座与传递杆平滑过渡连接。

进一步地，所述连接头设置成圆柱体状，所述连接座的截面为圆形与正多边形相交构成的形状，所述传递杆的截面呈正多边形或者圆形。

进一步地，所述焊接端与焊头本体平滑过渡连接。

进一步地，所述多边形多焊接面超声金属工具头的工作频率为15khz-80khz。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种多边形多焊接面超声金属工具头，包括焊头本体、连接孔、焊接端及焊齿，所述连接孔成对设置于焊头本体的两端，所述焊接端设置于焊头本体的中间，所述焊接端环绕焊头本体设置且凸出焊头本体，所述焊齿设置于焊接端的侧面；

所述焊头本体的长度为半波长或者全波长，所述焊接端的截面呈正六边形、正八边形、正十边形或者正十二边形。

进一步地，所述焊头本体包括相连接的连接头、连接座和传递杆，所述连接座对称设置于传递杆两端，所述连接头对称设置于连接座两端，

所述连接座与传递杆平滑过渡连接。

进一步地，所述焊接端包括至少一对，成对的焊接端并排设置且焊接端的侧面一致，两侧成对的焊接端到相应端连接孔的距离相同。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型多边形多焊接面超声金属工具头具有多个焊接面，使得该超声金属焊工具头在长期使用过程中磨损部分焊接面后，能够快速、简便的替换磨损的焊接面，保证多个焊接面依次使用，有效延长了该多边形多焊接面超声金属工具头的使用寿命，一般该超声金属焊工具头使用寿命是其以往的2倍甚至多倍，成本节约和资源利用都可达到极致，也能减少多边形多焊接面超声金属工具头的替换工作，提升工作效率。

(2)传统两面或者四面超声金属焊工具头在锂电池和新能源电池极耳制片的手动生产上或集成自动化设备生产上也存在一定的使用局限性，尤其是四面的工具头明显缺点因其两个面之间的交汇处无法实现零距离的交汇，导致其另一面与送料工装发生干涉问题，焊接工件必须预留出不必要的长度才能避免此问题，极大的浪费焊接工件材料，且在焊接锂电池电极耳时由于极耳预留过长会影响锂电池单体能量密度。而这种多边形多焊接面超声金属焊工具头的实用新型，由于其两个面之间的交汇处可以实现零距离的交汇，很好的解决了焊点面之间交汇处相互干涉的难题，其在锂电池和新能源电池极耳制片的手动生产上或集成自动化设备生产上提供了更多更广的选择，尤其是锂电新能源行业蓝牙小锂电池的极耳制片时，更为适用其极耳宽度尺寸窄、极耳长度尺寸短、规格多和转换频繁的生产特点。

(3)传统两面或者四面超声金属焊工具头在锂电池和新能源电池极耳制片的焊接时，由于其边面少，超声振幅传递不够均匀，导致其在实际使用时每个面上的焊点磨损不一致，在短时间使用就出现焊点不水平。超声金属焊工具头在锂电池和新能源电池极耳制片的生产时，其焊接工件电极片的厚度只有6～10um，对超声金属焊工具头的焊点面水平要求极高，而这种多边形多焊接面超声金属焊工具头的实用新型，由于其设计更为多个边面，超声振幅传递更为均匀，更有效地解决了超声金属焊工具头在锂电池和新能源电池极耳制片的焊接时焊接点面磨损不一致、不水平的难点。

附图说明

图1为本实用新型一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图及其局部放大图；

图2为本实用新型另一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图及其局部放大图；

图3为本实用新型另一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图；

图4为本实用新型另一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图；

图5为本实用新型另一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图；

图6为本实用新型另一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图；

图7为本实用新型另一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图；

图8为本实用新型另一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图；

图9为本实用新型另一实施方式多边形多焊接面超声金属工具头的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，为本实用新型一种多边形多焊接面超声金属工具头。该多边形多焊接面超声金属工具头包括焊头本体1、连接孔2、焊接端3及焊齿4。其中，连接孔2设置于焊头本体1的下端(图1所示左下端)，焊接端3设置于焊头本体1的上端(图1所示右上端)，焊接端3环绕焊头本体1设置且凸出焊头本体1之外，焊齿4设置于焊接端3的侧面(即焊接端3凸出焊头本体1之外的面)。焊头本体1的长度为半波长，当通过连接孔2与超声波发生装置连接后，超声波产生后通过半波长长度的焊头本体1传递到焊接端3，确保连接孔2处与焊接端3处的超声波轴向振动速度相同，沿垂直于轴向的平面传播的速度大小相同方向相反，由此方便通过调节超声波发生装置产生的超声频率调节焊接端3处声波的轴向及与轴向垂直方向上的振动速度及幅度，方便调节焊齿4的振动幅度及速率。焊接端3的截面呈正六边形，即焊接端3为截面呈正六边形的柱体状，此时，从焊头本体1的中轴线到焊接端3各个侧面的距离相等，且从焊头本体1的中轴线到焊接端3任一侧面的棱边处以及中部的距离非常接近，由此超声振幅传递更加均匀，其在实际使用时每个面上的焊点磨损相对一致，在长时间使用过程中，焊点表现相对水平，有效地解决了超声金属焊工具头在锂电池和新能源电池极耳制片的焊接时焊接点面磨损不一致、不水平的难点。另外，该多边形多焊接面超声金属工具头，由于其两个面之间的交汇处可以实现零距离的交汇，很好的解决了焊点面之间交汇处相互干涉的难题，其在锂电池和新能源电池极耳制片的手动生产上或集成自动化设备生产上提供了更多更广的选择，尤其是锂电新能源行业蓝牙小锂电池的极耳制片时，更为适用其极耳宽度尺寸窄、极耳长度尺寸短、规格多和转换频繁的生产特点。

在其它实施方式中，焊接端3的截面还可以呈正八边形、正十边形或者正十二边形，即焊接端3为截面呈正八边形、正十边形或者正十二边形的柱体状，具有相同的技术效果，而且随着焊接端3的截面形状趋近于圆形(即边数增加)，各个侧面的焊齿4振动幅度及速率更趋近一致，焊点磨损相对一致。另外，相邻侧之间的干涉减少，能够为锂电池和新能源电池极耳制片的手动生产上或集成自动化设备生产上提供了更多更广的选择。但是并非焊接端3的截面形状越趋近于圆形越好，因为焊接端3的截面形状越趋近于圆形，焊接端3的侧面数量越多，对应的侧面长度越短，不利于设置焊齿4或者焊齿设置数量较少，难以满足金属超声焊接的要求。本实用新型综合有限元法进行固有频率、模态分析及生产需求，设计出的上述多边形多焊接面超声金属工具头均能够满足需求。

作为优选的实施方式，焊接端3包括两组，两组焊接端3并排设置于焊头本体1的右上端，两组焊接端3的侧面一致，即两组焊接端3的各条棱在同一条线上，各个侧面处于同一平面上。两组焊接端3能够拓展焊接端3的轴向宽度，方便金属焊接时通过两组焊接端3对金属块(或者条)进行多点焊接，进一步加固金属块(或者条)的连接。

作为优选的实施方式，焊齿4呈直纹排列，焊齿4呈簇状覆盖于焊接端3的全部侧面上，在其它实施方式中，焊齿4也可以呈簇状对称覆盖于焊接端3的部分侧面上，例如覆盖全部八个侧面中的四个侧面上或者两个侧面上。焊齿4呈簇状覆盖于焊接端3的侧面上，呈簇状的焊齿4实现该多边形多焊接面超声金属工具头的点焊效果，满足生产需求。在其它实施方式中，如图2-3所示，焊齿4呈条形覆盖于焊接端3的所有侧面上，也可以是仅成对覆盖焊接端3的部分侧面。

作为优选的实施方式，如图1-3所示，焊头本体1从连接孔2一端到焊接端3依次为连接头11、连接座12和传递杆13，其中连接头11呈圆柱体状，连接座12的截面为圆形与正多边形相交构成的形状(在本实施例中为正六边形对应的外接圆圆心与相交圆同心，相交圆与正六边形相交且正多边形的角伸出该相交圆，由此，相交圆与正六边形相交内部轮廓包括六条边和六条弧形。在其它实施例中，正多边形还可以是正八边形、正十边形等)，传递杆12的截面呈正多边形或者圆形(即圆柱体)，此处的多边形优选为正六边形、正八边形、正十边形或者正十二变形等。

作为优选的实施方式，连接孔2设置于连接头11的外端中心位置，连接座12的左下端连接连接头11，连接座12的右上端连接传递杆13，且连接座12与传递杆13平滑过渡连接。由此，连接座12与传递杆13平滑过渡连接能够保证连接座12与传递杆13之间的紧固连接，也方便握持该多边形多焊接面超声金属工具头。

作为优选的实施方式，焊接端3与焊头本体1平滑过渡连接。由此，通过焊接端3与焊头本体1平滑过渡连接，既能保证焊接端3与焊头本体1之间的紧固连接，也有利于超声波顺利导向焊接端3。

作为优选的实施方式，该多边形多焊接面超声金属工具头的工作频率为15khz-80khz。由此，通过较大的工作频率选择范围，能够有效调整焊接端3处的轴向以及与轴向垂直方向上的振幅、振动速率等，也能满足不同材质金属焊接的需求。

实施例2

如图4所示，为一种多边形多焊接面超声金属工具头。该多边形多焊接面超声金属工具头包括焊头本体1、连接孔2、焊接端3及焊齿4，连接孔2成对设置于焊头本体1的两端，焊接端3设置于焊头本体1的中间部位，焊接端3环绕焊头本体1设置且凸出焊头本体1，焊齿4设置于焊接端3的侧面上。焊头本体1的长度为半波长，在其它实施方式中，焊头本体1的长度也可以为全波长。焊接端3的截面呈正五边形，在其它实施方式中，焊接端3的截面还可以呈正六边形、正八边形、正十边形或者正十二变形等。

作为优选的实施方式，焊头本体1包括相连接的连接头11、连接座12和传递杆13。其中，连接座12对称设置于传递杆13的两端，连接头11对称设置于连接座12两端，一对连接孔2对称设置于相应连接头11的上。由此通过两端的连接孔2可以选择性与超声发生装置连接，满足不同生产的需求。在本实施例中，连接座12与传递杆13平滑过渡连接。由此，可以保证连接座12与传递杆13之间紧固连接。

作为优选的实施方式，传递杆13的横截面呈正五边形，且传递杆13的各个侧面与焊接端3的各个侧面平行。

作为优选的实施方式，焊接端3为一横截面呈正五边形的柱体，该焊接端3的侧面上分布有呈簇状的焊齿4，且焊齿4呈直纹排列。

实施例3

如图5所示，实施例3与实施例2的不同之处在于：传递杆13的横截面呈正六边形，焊接端3为一横截面呈正六边形的柱体，且传递杆13的各个侧面与焊接端3的各个侧面平行。

作为优选的实施方式，焊接端3的侧面上覆盖有呈条形分布的焊齿4，且焊齿4呈网纹排列。

实施例4

如图6所示，实施例4与实施例3的不同之处在于：传递杆13的横截面呈正八边形，焊接端3为一横截面呈正八边形的柱体，且传递杆13的各个侧面与焊接端3的各个侧面平行。

实施例5

如图7所示，实施例5与实施例3的不同之处在于：焊接端3包括两组，每组焊接端3为一横截面呈正六边形的柱体，该焊接端3的侧面上分布有呈簇状的焊齿4，且焊齿4呈网纹排列。

实施例6

如图8所示，实施例6与实施例5的不同之处在于：该焊接端3的侧面上分布有呈条状的焊齿4。

实施例7

如图9所示，实施例7与实施例4的不同之处在于：该多边形多焊接面超声金属工具头的连接座12与传递杆13均呈圆柱体状。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。