基于有限元模型的超声切割刀优化设计

超声切割刀在材料加工领域中有广泛的应用前景,可用于切割各种复合材料等硬脆材料。该文利用ANSYS有限元分析软件建立超声切割刀的有限元模型,对其进行模态分析和谐响应分析。仿真结果显示,超声切割刀在40kHz频率附近存在轴向纵振模态,其振动节点位于安装环和压电陶瓷中心线上,符合设计要求。基于有限元模型研制超声波切割刀,通过阻抗分析仪与激光多谱勒测振仪对换能器的固有频率与响应进行测试,获得的超声切割刀阻抗曲线平滑,谐振频率为40.261kHz,设计误差为0.83%,最大振幅达到14.52μm,结果与有限元计算相互吻合。     

热超声倒装键合换能系统 多模态振动与有限元分析

研究了热超声倒装键合设备的核心执行机构——换能系统的动力学特性.利用激光多谱勒测振仪测试系统末端各方向的振动速度,发现系统以轴向振动为主,但受到其他非轴向振动的干扰.非轴向振动对芯片造成芯片倾斜、键合强度降低等负面影响.采用有限元方法对换能系统建模,仿真计算发现换能系统振动是各方向振动的耦合结果,且工作模态附近存在多种干扰模态.最后分析了系统多模态产生的根源并提出抑制方法.     

超声键合变频式超声波发生器设计

用于超声键合工艺的超声波发生器是引线键合封装设备中的主要装置,其作用是驱动换能器并使其处于谐振工作状态,多工作频率点是未来换能器发展的一个重要方向。因为传统超声波发生器不具备多频段频率跟踪功能,所以构建了一种变频式超声波发生器,它可动态适应不同特性的换能器,具有通用、应用面广等特性。变频式超声波发生器基于嵌入式系统,采用快捷准确的直接数字频率合成(DDS)及锁相环(PLL)反馈方案,实现了自动查找换能器各谐振频率以及频率自动跟踪的功能。实践证明,变频式超声波发生器可驱动各种不同谐振频率的引线键合超声波换能器,并达到换能系统工作时的快速锁相和准确锁频要求。     

超声换能器接触界面的非线性谐波

超声波在换能器中的非线性不仅引起劈刀振动的混乱而且导致芯片键合的失效,本文建立了超声波在接触界面传播的模型,并进行了数学仿真,最后在试验平台上采用多普勒测振仪测量了不同接触界面压力条件下的劈刀的振动波形,用剪切强度测试仪测试了键合强度。波形的畸变和高次谐波的产生是由于接触界面层的非线性引起的,为了保证键合强度应该将变幅杆和劈刀之间的拧紧力矩设定在一个合适的范围内,使接触界面层材料的二阶非线性系数最小。可以通过检测劈刀的高次谐波来反映超声键合的强度。     

上、下辊分别驱动的四辊轧机主传动系统扭振研究

对某厂“1+4”热连轧开坯机的扭转振动动态特性进行了研究。在一定的简化基础上,建立了轧机主传动系统的扭转振动力学模型和数学模型,获得了系统的固有频率和主振型及其对转动惯量和扭转刚度的灵敏度。对系统在各阶模态下的能量分布进行了计算和比较,确定了系统的危险模态。根据系统的输入得出了各轴段扭矩放大系数的仿真结果,以判定扭振发生时主传动系统的最大动力载荷。计算发现轧机主传动系统扭振固有频率分布合理,基本满足最佳动力设计准则。研究结果对于实际生产和系统扭振问题的识别与解决具有指导作用。     

芯片键合换能系统中接触界面的影响分析

接触界面对超声能量传递与振动特性的影响是各类压电换能器的共性问题。在超声芯片封装领域,各子部分之间的接触界面是影响系统超声能量传递的强非线性因素,直接影响芯片与基板的键合质量。该文通过有限元法与激光多谱勒测振仪等技术,获得系统中接触界面对超声能量传递与振动特性的影响规律,发现不合理的接触界面会引发系统多模态与频率混叠效应、超声能量输出不稳定、系统迟滞响应等,导致键合强度下降、芯片与基板倾斜、键合效率下降等封装缺陷。研究结果对理解超声键合与系统设计具有指导意义。     

超声振动在引线键合系统中的传播仿真与研究

芯片封装技术在芯片制造中占有非常重要的地位,而引线键合又占到芯片封装的90%以上.对热超声引线键合系统进行介绍,描述了引线键合系统各部分常用的计算理论基础,采用ANSYS9.0有限元软件建立了63kHz热超声引线键合换能器的有限元模型,计算得到了63kHz引线键合换能器在工作频率附近的模态,通过阻抗测试和振动测试,证实引线键合换能系统在工作时,工作模态和非工作模态都被激发,验证了有限元模态分析的正确性,也证明了有限元方法在引线键合系统分析过程中是有效的.     

变频式超声波发生器的高速锁相研究

用于超声键合工艺的超声波发生器是引线键合封装设备的主要装置,其核心与关键是频率自动跟踪与锁相速度。文中构建了一种变频式超声波发生器,并对其中的高速锁相进行分析。通过换能器的电流反馈,采用基于嵌入式的数字式真有效值试探算法,超声波发生器锁相速度比传统速度提高数十倍,达到高速锁相的要求,满足了换能系统工作时的高速谐振需求。     

氧化锆陶瓷旋转超声加工脆塑转变特性研究

目的揭示旋转超声振动对硬脆材料脆塑转变特性及工艺参数对材料脆塑转变临界切削深度的影响规律。方法以氧化锆陶瓷为研究对象,在硬脆材料压痕断裂试验基础上,从理论上分析了超声振动加工硬脆材料脆塑转变的临界条件,并进行了纵向振动及纵扭共振形式的旋转超声振动划痕与普通划痕对比试验。结果在相同试验条件下,超声振动划痕较普通划痕有较高的材料脆塑转变临界切削深度。适当地增大超声能量,纵扭共振比纵向振动具有更大的脆塑转变临界切削深度值;而随着进给速度的增大,纵向振动比纵扭共振具有更大的材料脆塑转变临界切削深度。结论通过不同划痕条件的对比,超声振动能有效提高氧化锆陶瓷的脆塑转变临界切削深度,增大塑性域加工范围,提高材料表面加工质量,验证了理论分析的正确性。     

新型非接触式电能传输装置在超声加工中的应用

针对目前超声加工中电能传输装置存在碳刷磨损严重、转速限制等问题,本文基于电磁感应原理,参照高频变压器设计理论设计了一套新型旋转式电磁变换器,不仅实现了电能的非接触式传输,同时可满足加工中心自动换刀需求。由Maxwell3D仿真分析可知,经过合适的电容补偿网络,电能传输效率可大幅提升。此外,还研究了磁心间隙及转速变化对传递效率的影响。最后,实验结果显示,该装置电能传输效率可达54.8%,这对解决旋转部件诸如机器人旋转手臂、超声加工的电能传输问题具有一定的工程参考价值。