超聲波塑焊機(jī)是通過超聲波發(fā)生器將50/60赫茲電流轉(zhuǎn)換成15、20、30或40 KHz 電能。被轉(zhuǎn)換的高頻電能通過換能器再次被轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械運(yùn)動，隨后機(jī)械運(yùn)動通過一套可以改變振幅的變幅桿裝置傳遞到焊頭。焊頭將接收到的振動能量傳遞到待焊接工件的接合部，在該區(qū)域，振動能量被通過摩擦方式轉(zhuǎn)換成熱能，將塑料熔化。超聲波不僅可以被用來焊接硬熱塑性塑料，還可以加工織物和薄膜及金屬.

今天主要講超聲波塑料焊接，超聲波塑料焊接加工是一種重要的塑料連接方法。焊接設(shè)備的關(guān)鍵部件—焊接工具包含多個關(guān)鍵的聲學(xué)振動特性如共振長度、放大系數(shù)、應(yīng)變極大點和位移節(jié)點位置等。簡單和常用的超聲焊接工具按外形分為指數(shù)形、懸鏈線形、圓錐形和階梯形等，它們都屬于單一變幅桿。應(yīng)根據(jù)不同的焊接應(yīng)用單獨設(shè)計開發(fā)焊接工具。

本文從超聲波塑料焊接的原理入手，通過有限元法進(jìn)行固有頻率和模態(tài)分析，設(shè)計新型工裝，滿足有效傳遞和均勻分配振動能量的功能要求。在設(shè)計過程中結(jié)合ANSYS的參數(shù)化建模、全因子實驗設(shè)計優(yōu)化（DOE）和概率設(shè)計系統(tǒng)（PDS）模塊，進(jìn)行參數(shù)設(shè)計和健壯性設(shè)計，調(diào)整幾何尺寸，使得工裝的固有頻率和超聲波頻率匹配，對應(yīng)的模態(tài)在工作面振幅均勻，減少了局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的問題，同時對材料和環(huán)境的參數(shù)變化有較好的適應(yīng)性。所設(shè)計的工裝一次加工完成投入使用，避免了反復(fù)修整工裝所帶來的時間和成本上的浪費。