超聲波技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬、塑料焊接工藝中。超聲波焊接模具（Horn），因其對結(jié)構(gòu)動力學(xué)方面的高性能要求，傳統(tǒng)的仿造、修模設(shè)計(jì)方法已不能適應(yīng)塑料產(chǎn)品多變的要求。從超聲波焊接原理入手，通過有限元法進(jìn)行固有頻率和模態(tài)分析，設(shè)計(jì)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(jì)過程中結(jié)合ANSYS的參數(shù)化建模、全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化（DOE）和概率設(shè)計(jì)系統(tǒng)（PDS）模塊，進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)和健壯性設(shè)計(jì)，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(shí)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(jì)的工裝一次加工完成投入使用，避免了反復(fù)修整超聲波模具工裝所帶來的時(shí)間和成本上的浪費(fèi)。

　　超聲波模具的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。國內(nèi)有不少超聲波設(shè)備供應(yīng)商自行生產(chǎn)超聲波模具，但是他們中有相當(dāng)一部分是仿制已有，然后不斷的修整工裝、測試，通過這種反復(fù)調(diào)整的方法達(dá)到工裝與設(shè)備頻率協(xié)調(diào)的目的。我司通過有限元方法，在設(shè)計(jì)工裝時(shí)就能把頻率確定，制造出來的工裝測試結(jié)果與設(shè)計(jì)頻率誤差不過1％。同時(shí)，引入DFSS（DesignForSixSigma）的理念，對模具進(jìn)行優(yōu)化和健壯設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的理念是在設(shè)計(jì)過程中充分收集客戶心聲進(jìn)行針對性的設(shè)計(jì)；并且預(yù)先考慮生產(chǎn)過程可能出現(xiàn)的偏差，保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量分布在合理的水平內(nèi)。

　　設(shè)計(jì)流程從制定設(shè)計(jì)指標(biāo)開始，首先根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)初步設(shè)計(jì)超聲波模具的結(jié)構(gòu)和外型尺寸，在ANSYS中建立參數(shù)化模型，然后通過仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）方法確定模型中的重要參數(shù)，根據(jù)要求，確定數(shù)值，接著對其他參數(shù)用子問題法進(jìn)行尋優(yōu)?？紤]到工裝在制造和使用過程中材料、環(huán)境參數(shù)的影響，還對其進(jìn)行了公差設(shè)計(jì)，滿足制造成本的要求。最后是制造、測試檢驗(yàn)理論設(shè)計(jì)和實(shí)際的誤差，滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)即交付使用。

　　每顆超聲波焊頭3D設(shè)計(jì)都經(jīng)過有限元分析,保證產(chǎn)品焊接部位超聲波焊頭振幅的一致性，以達(dá)到最均勻、最穩(wěn)定的塑件焊接效果。紅色部分代表超聲波焊頭振幅的分布情況，以及最大振幅輸出點(diǎn)。