CN112756765A - 产生弯曲振动的换能结构和焊接设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超声波焊接的技术领域，公开了一种产生弯曲振动的换能结构和焊接设备。其中，该产生弯曲振动的换能结构，包括：换能器，所述换能器产生轴向振动；变幅结构，所述变幅结构包括第一变幅杆和第二变幅杆，所述第一变幅杆的一端连接于所述换能器，且所述第一变幅杆的一端与所述换能器同轴布置，所述第二变幅杆的底部用于连接焊头，所述第二变幅杆的顶部用于连接焊接设备，所述第一变幅杆的另一端连接于所述第二变幅杆的顶部和底部之间，所述第一变幅杆和所述第二变幅杆垂直布置。本发明技术方案给出的产生弯曲振动的换能结构和焊接设备，焊头处产生的振动模态为弯曲振动，且焊头不易损坏或断裂，焊接效果更好。

Description

产生弯曲振动的换能结构和焊接设备

技术领域

本发明专利涉及超声波焊接的技术领域，具体而言，涉及一种产生弯曲振动的换能结构和焊接设备。

背景技术

超声波焊接是通过超声波发生器将电流转换成电能，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，随后机械运动通过变幅结构传递到焊头，焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，待焊接工件基本上平行于其焊接表面彼此进行相对移动，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。

现有技术中，在使用超声波焊接时，一般是焊接两工件之间的水平面，焊头加压在一工件的上，焊头水平振动，使两个工件贴合的表面之间融合焊接。

但是，目前在进行超声焊接时，设备在对焊头加压的过程中，并非直接垂直加压于焊头，而是在焊头的侧边进行加压，这样，也就导致了焊头在使用时会存在一个向上的扭力，在长时间使用过程中，容易致使焊头损坏或断裂，且焊接效果差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产生弯曲振动的换能结构，旨在解决现有技术中，焊头容易损坏或断裂，且焊接效果差的问题。

本发明是这样实现的，一种产生弯曲振动的换能结构，包括：

换能器，所述换能器产生轴向振动；

变幅结构，所述变幅结构包括第一变幅杆和第二变幅杆，所述第一变幅杆的一端连接于所述换能器，且所述第一变幅杆的一端与所述换能器同轴布置，所述第二变幅杆的底部用于连接焊头，所述第二变幅杆的顶部用于连接焊接设备，所述第一变幅杆的另一端连接于所述第二变幅杆的顶部和底部之间，所述第一变幅杆和所述第二变幅杆垂直布置。

可选的，所述第一变幅杆包括第一连接段和第二连接段，所述第一连接段和所述第二连接段相接驳，所述第一连接段呈圆柱状，所述第一连接段连接于所述换能器，所述第二连接段呈扁平状，所述第二连接段连接于所述第二变幅杆。

可选的，所述第二连接段具有与所述第一连接段接驳的过渡段，沿所述第二连接段至所述第一连接段的方向上，所述过渡段的厚度逐渐减小。

可选的，沿所述第一连接段至所述第二变幅杆的方向上，所述第二连接段的宽度逐渐减小。

可选的，所述第一变幅杆的另一端具有固定穿孔，所述第二变幅杆固定穿设于所述固定穿孔。

可选的，所述第二变幅杆的顶部还设有固定块。

可选的，所述固定块上具有多个盲孔，所述固定块通过所述盲孔安装于焊接设备上。

可选的，所述固定块呈长方体状，所述第二变幅杆垂直于所述固定块底面的中心。

可选的，所述固定块和所述第二变幅杆一体成型。

本发明还给出了一种焊接设备，包括加压装置和所述产生弯曲振动的换能结构。其中，所述产生弯曲振动的换能结构，包括：

换能器，所述换能器产生轴向振动；

变幅结构，所述变幅结构包括第一变幅杆和第二变幅杆，所述第一变幅杆的一端连接于所述换能器，且所述第一变幅杆的一端与所述换能器同轴布置，所述第二变幅杆的底部用于连接焊头，所述第二变幅杆的顶部用于连接焊接设备，所述第一变幅杆的另一端连接于所述第二变幅杆的顶部和底部之间，所述第一变幅杆和所述第二变幅杆垂直布置；

所述第二变幅杆的顶部固定于所述加压装置上，所述加压装置施加的压力与所述第二变幅杆同轴布置。

与现有技术相比，本发明提供的产生弯曲振动的换能结构，通过该换能结构可使得焊头产生弯曲振动，进而实现焊接，并且，在加压时，直接在第二变幅杆的顶部加压，使得焊头的焊接位置位于所施加的压力的方向上，相较于现有的结构而言，焊头不易损坏或断裂，因而焊接效果更好。并且，由于焊头处产生的振动模态为弯曲振动，在对焊接面为弧面的工件之间进行焊接时，相较于振动模态为水平的焊头而言，焊接效果更优。解决了现有技术中，焊头容易损坏或断裂，且焊接效果差的问题。

附图说明

图1是本发明提供的产生弯曲振动的换能结构的立体示意图；

图2是本发明提供的产生弯曲振动的换能结构的振动模态示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

参照图1和图2所示，为本发明提供的较佳实施例。

本发明实施例中，该产生弯曲振动的换能结构，包括：

换能器10，换能器10产生轴向振动；

变幅结构，变幅结构包括第一变幅杆21和第二变幅杆22，第一变幅杆21的一端连接于换能器10，且第一变幅杆21的一端与换能器10同轴布置，第二变幅杆22的底部用于连接焊头，第二变幅杆22的顶部用于连接焊接设备，第一变幅杆21的另一端连接于第二变幅杆22的顶部和底部之间，第一变幅杆21和第二变幅杆22垂直布置。

上述结构中，换能器10呈圆柱状，将高频电能转换为同频率的轴向振动，由于第一变幅杆21与换能器10相连接，且同轴布置，第一变幅杆21随之产生同频率的轴向振动，第一变幅杆21然后将该振动传递到与之相连接的第二变幅杆22，由于第二变幅杆22的顶部连接着焊接设备，在水平方向上是处于不动的，第二变幅杆22位于顶部以下的位置则会通过第一变幅杆21的振动而产生的摆动，即本发明所说的弯曲振动。这样，第二变幅杆22连接焊头的底部也会产生如本发明所说的弯曲振动。在对工件进行焊接的过程中，通过焊头的弯曲振动，使工件之间产生摩擦，进而熔接在一起。

本实施例中，通过该换能结构可使得焊头产生弯曲振动，进而实现焊接，并且，在加压时，直接在第二变幅杆22的顶部加压，使得焊头的焊接位置位于所施加的压力的方向上，相较于现有的结构而言，焊头不易损坏或断裂，因而焊接效果更好。并且，由于焊头处产生的振动模态为弯曲振动，在对焊接面为弧面的工件之间进行焊接时，相较于振动模态为水平的焊头而言，焊接效果更优。

请结合参阅图1和图2，本发明一实施例中，第一变幅杆21包括第一连接段211和第二连接段212，第一连接段211和第二连接段212相接驳，第一连接段211呈圆柱状，第一连接段211连接于换能器10，第二连接段212呈扁平状，第二连接段212连接于第二变幅杆22。

第一连接段211与换能器10同轴布置，且与换能器10固定连接，根据实际情况可与换能器10的端部螺纹连接，即通过换能器另一端穿设螺栓与第一连接段的螺纹孔螺纹连接，或与换能器10的端部一体化布置。第二连接段212呈扁平状，此处说的的扁平状是沿第二变幅杆22的长度方向上，厚度相较于两侧的宽度小，这样，自第一连接段211传动过来的轴向振动在传递到第二连接段212后，第二连接段212则会变为沿其长度方向的水平振动，这样，由于第二变幅杆22与第二连接段212相连，第二变幅杆22与第二连接段212的连接处也会产生水平振动，进而使得第二变幅杆22的底部产生弯曲振动，相较于非扁平状的结构会使得第二变幅杆22一段结构产生振动，本实施例给出的结构使得弯曲振动效果更好，且更为明显。

并且，第二连接段212具有与第一连接段211接驳的过渡段213，沿第二连接段212至第一连接段211的方向上，过渡段213的厚度逐渐减小。

此处所说的厚度是沿第二变幅杆22的长度方向上，过渡段213的上下面之间的距离。这样，一方面可增加第一变幅杆21的结构强度，另一方面，减少了振动在传动过程中的能量损失，使得换能器10所产生机械振动的能量绝大部分可以传动到第二变幅杆22上，使得焊接效果更好。具体的，该过渡段213的上下两面呈朝内凹陷的弧面状结构，过渡段213的上下两面与第二连接段212的上下两面平滑过渡，且第二连接段212的中心是位于第一连接段211的轴线方向上的，以使得第二连接段212能够更好的实现水平振动。

同样的，沿第一连接段211至第二变幅杆22的方向上，第二连接段212的宽度逐渐减小。

此处所说的宽度是沿垂直于第一变幅杆21的水平方向上，过渡段213的两侧面之间的距离。一方面可增加第一变幅杆21的结构强度，另一方面，减少了振动在传动过程中的能量损失。具体的，该过渡段213的两侧面呈朝外凸出的弧面状结构，且两侧面与第二连接段212的两侧以及第一连接段211的侧面平滑过渡。结合上述结构，极大的降低了能量传递过程中的损耗。

请结合参阅图1和图2，本发明一实施例中，第一变幅杆21的另一端具有固定穿孔，第二变幅杆22固定穿设于固定穿孔。

通过该固定穿孔，实现第二变幅杆22和第一变幅杆21的连接，本实施例中，第一变幅杆21和第二变幅杆22固定连接，优选的，第一变幅杆21和第二变幅杆22一体成型设置，使得其振动频率一致，振动传递效果更好。并且，本实施例中，可根据焊头的结构及需要焊接的工件来设置第二变幅杆22的长度，或，第一变幅杆21设于第二变幅杆22的具体位置，以调整弯曲振动的振动模态，从而使得焊接效果更佳。

另外，本实施例给出的第二变幅杆22呈圆柱杆状，以便于第一变幅杆21传递振动，且结构稳定。而在另一实施例中，第二变幅杆22也可是呈扁平的长条状，第一变幅杆21于该第二变幅杆22的一侧面相连接，这样，第二变幅杆22可产生更为明显的弯曲振动。

请结合参阅图1和图2，本发明一实施例中，第二变幅杆22的顶部还设有固定块23。

固定块23用作安装于焊接设备上，这样，其下方的第二变幅杆22即可产生弯曲振动，并且，通过焊接设备的加压装置对固定块23加压，即可施加与焊头轴线同轴的压力，使焊接效果更好。

具体的，固定块23呈长方体状，第二变幅杆22垂直于固定块23底面的中心。

这样，在给该固定块23施加压力时，其压力时沿第二变幅杆22的轴线方向的，以便于后续焊接。优选的，该固定块23呈正方体状，在对固定块23整体加压时，其压力方向即是沿第二变幅杆22的轴向的。

并且，固定块23上具有多个盲孔23a，固定块23通过盲孔23a安装于焊接设备上。

本实施例中，该固定块23的每一侧面设有四个盲孔23a，四个盲孔23a分别位于每一侧面的四个角，且相对侧面的盲孔23a正对布置，相邻侧面的盲孔23a错误布置，以便该固定块23可稳定固定在焊接设备的加压装置上，且在加压施力时，压力位于固定块23的中心。

进一步的，固定块23和第二变幅杆22一体成型。

这样，一方面增加了该换能结构的整体性，使强度更高，另一方面，使得各个位置的振动频率一致，更利于振动传递，实现超声波焊接。

请结合参阅图1和图2，本发明一实施例中，第二变幅杆22的底部可固定设置一焊头，当然，本实施例中，第二变幅杆22的底部具有连接头，通过该连接头可连接不同类型的焊头，以达到不同的焊接需求，本实施例中，该连接头为带有螺纹的柱状体。

在又一实施例中，为了实现第二变幅杆22的底部弯曲振动的振幅可调，固定块23具有多个不同的固定位，承接上述实施例，在固定块23一侧的侧面可设八个盲孔23a，相邻的四个盲孔23a则为一个固定位，如此有三个固定位，当然，并不限于上述数量的固定位，这样，通过将固定块23的不同位置固定，使得固定位置距离第二变幅杆22的底部距离产生变化，这样，在换能器10使得第二变幅杆22产生振动时，其底部的振幅也会变化，从而可根据需求，调整振幅，以根据不同的焊接工件达到更优的焊接效果。

请结合参阅图1和图2，本发明还给出了一种焊接设备，包括加压装置和产生弯曲振动的换能结构。其中，产生弯曲振动的换能结构可参考本发明的上述实施例，此处不再赘述。

并且，第二变幅杆22的顶部固定于加压装置上，加压装置施加的压力与第二变幅杆22同轴布置。

通过加压装置所施加的压力方向与第二变幅杆22同轴，使得压力方向穿过焊接位置，从而可避免焊头损坏或断裂。具体的，第二变幅杆22顶部的固定结构可参考上述实施例，不作赘述，在一实施例中，加压装置具有四个可动的固定板，每一固定板具有四个固定柱，通过每一固定板贴合于固定块23的一侧面，且固定柱嵌入盲孔23a内，将固定块23夹持固定，保证稳定。

并且，为了使得压力与第二变幅杆22同轴布置，上述四个固定板可移动的设于一顶板上，通过该顶板施加压力，进而均匀作用于固定块23上，且由于第二变幅杆22位于固定块23底面的中心位置，从而使得所施加的压力方向于第二变幅杆22同轴。当然，在又一实施例中，在固定块23的顶部表面中心设有加压盲孔23a，加压装置具有加压柱，该加压柱嵌设于该加压盲孔23a内，通过对该加压柱施加压力，进而实现上述施加压力的方向。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，包括：

换能器，所述换能器产生轴向振动；

变幅结构，所述变幅结构包括第一变幅杆和第二变幅杆，所述第一变幅杆的一端连接于所述换能器，且所述第一变幅杆的一端与所述换能器同轴布置，所述第二变幅杆的底部用于连接焊头，所述第二变幅杆的顶部用于连接焊接设备，所述第一变幅杆的另一端连接于所述第二变幅杆的顶部和底部之间，所述第一变幅杆和所述第二变幅杆垂直布置。

2.如权利要求1所述的一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，所述第一变幅杆包括第一连接段和第二连接段，所述第一连接段和所述第二连接段相接驳，所述第一连接段呈圆柱状，所述第一连接段连接于所述换能器，所述第二连接段呈扁平状，所述第二连接段连接于所述第二变幅杆。

3.如权利要求2所述的一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，所述第二连接段具有与所述第一连接段接驳的过渡段，沿所述第二连接段至所述第一连接段的方向上，所述过渡段的厚度逐渐减小。

4.如权利要求2所述的一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，沿所述第一连接段至所述第二变幅杆的方向上，所述第二连接段的宽度逐渐减小。

5.如权利要求1至4任意一项所述的一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，所述第一变幅杆的另一端具有固定穿孔，所述第二变幅杆固定穿设于所述固定穿孔。

6.如权利要求1至4任意一项所述的一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，所述第二变幅杆的顶部还设有固定块。

7.如权利要求6所述的一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，所述固定块上具有多个盲孔，所述固定块通过所述盲孔安装于焊接设备上。

8.如权利要求6所述的一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，所述固定块呈长方体状，所述第二变幅杆垂直于所述固定块底面的中心。

9.如权利要求6所述的一种产生弯曲振动的换能结构，其特征在于，所述固定块和所述第二变幅杆一体成型。

10.一种焊接设备，其特征在于，包括加压装置和如权利要求1至9任意一项的所述产生弯曲振动的换能结构，所述第二变幅杆的顶部固定于所述加压装置上，所述加压装置施加的压力与所述第二变幅杆同轴布置。

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