超聲波焊接機(jī)模具工裝的設(shè)計(jì)相當(dāng)重要。國(guó)內(nèi)有不少超聲波設(shè)備供應(yīng)商自行生產(chǎn)焊接工裝，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(cè)試，通過(guò)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。
設(shè)計(jì)焊接工裝首先是確定其大致的幾何外型和結(jié)構(gòu)，并建立參數(shù)化模型，以便進(jìn)行后繼分析。）是最為常見(jiàn)焊接工裝的設(shè)計(jì)，在一個(gè)近似長(zhǎng)方體的材料上沿振動(dòng)方向豁開(kāi)若干個(gè)U型槽。整體尺寸是X、Y、Z三個(gè)方向的長(zhǎng)度，通常橫向尺寸X和Y與被焊接工件的大小相當(dāng)。Z的長(zhǎng)度等于超聲波的半波長(zhǎng)，因?yàn)樵诮?jīng)典的振動(dòng)理論里面，長(zhǎng)條型物體的一階軸向頻率是由它的長(zhǎng)度確定的，半波長(zhǎng)度正好與聲波頻率匹配，這種設(shè)計(jì)一直被延用，有利與聲波的傳播。U型槽的目的是減少工裝橫向振動(dòng)的損耗，位置、大小和個(gè)數(shù)根據(jù)工裝整體尺寸確定。可見(jiàn)在這種設(shè)計(jì)中，可以自由調(diào)控的參數(shù)較少，因此我們?cè)诖嘶A(chǔ)上做了改進(jìn)。圖三b）是新設(shè)計(jì)的工裝，比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)多了一個(gè)尺寸參數(shù)：外弧半徑R。另外，在工裝的工作面雕刻出凹槽與塑料工件表面配合，有利于傳遞振動(dòng)能量和保護(hù)工件表明不受到傷害。對(duì)此模型在ANSYS中進(jìn)行常規(guī)的參數(shù)化建模，然后進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
通過(guò)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(lái)的工裝測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)頻率誤差不過(guò)1％。同時(shí)，引入DFSS（Design For Six Sigma）的理念，對(duì)工裝進(jìn)行優(yōu)化和健壯設(shè)計(jì)。6-Sigma設(shè)計(jì)的理念是在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分收集客戶心聲進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)；并且預(yù)先考慮生產(chǎn)過(guò)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(kāi)始，首先根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)初步設(shè)計(jì)工裝的結(jié)構(gòu)和外型尺寸，在ANSYS中建立參數(shù)化模型，然后通過(guò)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)健壯要求，確定數(shù)值，接著對(duì)其他參數(shù)用子問(wèn)題法進(jìn)行尋優(yōu)?？紤]到工裝在制造和使用過(guò)程中材料、環(huán)境參數(shù)的影響，還對(duì)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(cè)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。以下逐步進(jìn)行詳細(xì)介紹。