一种超声波焊接模具及超声波焊接装置的制作方法

1.本发明涉及模具设计技术领域，特别涉及一种超声波焊接模具及超声波焊接装置。


背景技术：

2.目前，超声波焊接因其特有的优点
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焊接速度快、焊接强度高、焊接时间短、不需任何助焊剂、焊接无火花、环保安全等，赢得了各行各业的认可。超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。
3.现有的超声波焊接装置中，超声波焊接模具的焊印形状普遍使用圆形或者方形，如图1所示，是焊印形状为方形的一个示例。图1中，方形的焊印由多个焊齿排列组合而成。
4.当需焊接的物体表面积较大时，一次焊接并不能完成焊接要求，需要两次焊接才可以，或者使用焊印面积较大的超声波焊接模具。使用焊印面积较大的超声波焊接模具，需要超声波焊接装置一次输出较多的能量。这对超声波焊接装置要求较高，超声波焊接装置的负荷较高时容易损坏，影响使用寿命。在同一个待焊接工件上实施两次焊接时，由于两次焊接的焊印距离太近，容易造成待焊接工件破裂，影响待焊接工件外观和性能；由于高频振动，第二次焊接时，容易造成已经完成的第一次焊接的熔合部位脱落，降低焊接强度。一般情况下，焊接次数不会超过两次。因为在有限的空间内焊接次数越少越好。之所以会使用两次焊接，主要是因为在焊接面积较大时，一次焊接需要的功率较大，影响超声波焊接装置的使用寿命。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种超声波焊接模具及超声波焊接装置，可以解决现有技术中焊接表面积较大时，使用焊印面积较大的超声波焊接模具带来的负荷较高的问题。还可以解决两次以上的焊接造成的焊接件破裂、熔合部位脱落的问题。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
7.第一方面，本技术公开一种超声波焊接模具，包括由若干个焊齿组成的焊头，所述焊头的形状为梯形。
8.进一步的，所述焊头的形状为直角梯形。
9.进一步的，使用所述焊头进行两次焊接时，第一次焊接形成的焊印的斜边与第二次焊接形成的焊印的斜边相邻。
10.进一步的，所述焊头的上底边与下底边的长度差为一个焊齿的长度。
11.进一步的，所述超声波焊接模具还包括连接部，所述焊头设置在所述连接部上。
12.第二方面，本技术公开一种超声波焊接装置，包括上述超声波焊接模具。
13.进一步的，所述超声波焊接装置还包括超声波发生器、换能器和变幅杆，所述波发生器、换能器和变幅杆依次连接。
14.进一步的，所述超声波发生器将电流转换为高频电能，所述换能器将高频电能转换为与高频电能相同频率的机械运动，所述变幅杆调整机械运动的振幅后传递到焊头。
15.进一步的，所述高频电能是单位为khz的电能。
16.进一步的，所述超声波焊接装置还包括下模具，超声波焊接时，待焊接工件固定在所述下模具上。
17.本发明的超声波焊接模具，其焊印形状为梯形，当焊接面积较大，需要两次焊接时，完成第一次焊接后，将待焊接工件旋转180
°
进行第二次焊接，相当于是将两个直角梯形拼接在一起。这样的话，两次焊接的焊印之间至少会有一个焊齿的间距，相对于现有技术的两个方形焊印，其间距会有所增大，避免了两个焊印太近造成待焊接工件破裂或熔合部位脱落的问题。也无需使用焊印面积大的超声波焊接模具，不会影响超声波焊接装置的使用寿命。
附图说明
18.图1为现有技术的超声波焊接模具的焊头形状示意图；
19.图2为利用现有技术的超声波焊接模具进行二次焊接时形成的焊印结构示意图；
20.图3为本发明的直角梯形的超声波焊接模具的焊头示意图；
21.图4为本发明的直角梯形的超声波焊接模具的焊头示意图；
22.图5为利用本发明的超声波焊接模具进行二次焊接时形成的焊印结构示意图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
24.以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
25.本发明的超声波焊接模具，包括由若干个焊齿组成的焊头，焊头的形状为梯形。使用该焊头进行焊接时，形成了梯形的焊印。如图3所示，若干个焊齿11排列组合在一起形成了焊头1。
26.进一步的，焊头1的形状为直角梯形。直角梯形能保证最大焊接面积的情况下，使两次焊接形成的焊印之间的距离增加。等腰梯形或普通梯形的焊头也能实现本技术的目的，但等腰梯形或普通梯形的焊头中焊齿相对较少，形成的焊印面积相对来说会减小。如图4所示为焊头为等腰梯形的示例图，相对于图3 的直角梯形的焊头，少了1个焊齿，也相应地减小了焊接时形成的焊印面积。
27.工作原理和有益效果说明如下：
28.超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40 khz的电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通
过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该焊头与结合部接触的区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，将待焊接工件熔化，形成焊印。
29.待焊接工件的接合部即焊接面积，焊接面积越大，一次焊接时超声波发生器需要输出的能量就越大。当输出的能量接近或超过超声波发生器的功率上限时，极易造成超声波发生器损坏。但是，为了保证焊接的牢固程度，不能减小焊接面积。为保证足够的焊接面积，通常工艺上采用两次焊接。如果使用现有的焊头，两个焊接的焊印距离会太近，如图2所示。这种情况下，第二次焊接时，超声波振动容易导致待焊接工件从两个焊印间振裂，甚至导致第一次焊接的熔合部分脱落。
30.本技术中超声波焊接模具的焊头设计成直角梯形，第一次焊接完成后，将待焊接工件旋转180
°
进行第二次焊接，两个直角梯形焊印的斜边相邻，如图4 所示。直角梯形结构增加了两次焊印之间的距离，a和a’之间、b和b’之间都至少有1个焊齿的间距。保证焊接面积的同时又避免了矩形结构的问题，提高了焊接质量。
31.进一步的，直角梯形的焊头的两个底边长度差不易过大，控制在一个焊齿大小，以保证焊接面积。如果长度差过大，焊接面积相应会减小，影响焊接的牢固性。
32.进一步的，超声波焊接模具还包括连接部，所述焊头设置在连接部上。连接部的一端与超声波焊接装置的变幅杆连接，由变幅杆提供高频的机械振动。
33.具体操作过程如下：
34.1.使用本技术的梯形焊头对待焊接工件进行第一次焊接，形成第一个直角梯形的焊印；
35.2.待焊接工件水平前进并旋转180℃进行第二次焊接，形成第二个直角梯形的焊印；
36.3.两个直角梯形的焊印的斜边相邻，焊接效果如图4所示。
37.本技术还公开了一种超声波焊接装置，包括上述超声波焊接模具。
38.进一步的，超声波焊接装置还包括超声波发生器、换能器和变幅杆，其中超声波发生器将电流转换为高频电能，换能器将高频电能转换为同等频率的机械运动，变幅杆调整机械运动的振幅后传递到焊头。
39.上述高频电能指单位为khz的电能。
40.进一步的，超声波焊接装置还包括下模具，下模具用于放置和固定待焊接工件。焊接时，待焊接工件在超声波焊接模具和下模具之间。
41.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中间”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
43.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连
接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
44.以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。