[发明专利]使用同步超声换能器来修整零件的系统和方法

说明书

用于密封复杂界面或用于金属成形的超声系统和方法。复杂的界面，诸如山形顶部，在界面上包括多个各种层、或具有复杂几何形状的椭圆形或圆形喷口。示例系统包括两个超声焊头，这两个超声焊头布置成与间隙相对，界面设置在这两个超声焊头之间。超声能量的频率和相位在施加能量的同时同步，同时界面被压在钳口之间，并且均能量施加至界面的两侧。另一示例系统包括两个超声换能器，其在频率和相位上同步，并且用于机械地振动焊头，以便于密封或焊接界面或有协助金属形成过程。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年4月30日提交的第16/863,662号美国专利申请和于2020年10月19日提交的第17/074,252号美国专利申请的优先权，上述美国专利申请分别通过引用整体并入本文。

背景技术

某些类型的包装或容器可具有复杂密封界面，具有沿着密封界面密封的不同数量的层。在一些应用中，密封必须是密封的、气密的，或必须容纳液体而没有任何泄漏。用于密封这些界面的传统技术非常繁琐、昂贵，并且可能需要在同一界面上多次通过以完成密封，这对于要密封的每个物品需要很长时间。物品和/或其密封界面的一些准备或操作也必须在形成密封之前进行。这些准备或操作在密封过程中引起额外延迟。

通常，这些物品可由塑料膜或聚乙烯材料(例如，液体纸板)组成或涂覆有塑料膜或聚乙烯材料(例如，液体纸板)，诸如枕形包装、流包装、以及纸板箱或其它容器，诸如具有所谓的山形顶部(Gable top)的牛奶纸板箱。为了密封这些物品，传统方法可能需要不同的机器来密封不同的材料，花费相对长的时间，并且可能需要多次通过来产生防漏密封，遭受不一致的密封，并且可能产生不合格密封，不合格密封产生通道泄漏，产生废品，不能解决某些密封形状，特别是狭窄的密封，并且部分由于它们的复杂性和移动部件的数量而需要大量维护。

在传统的超声焊接中，激励一个超声堆叠部，并且零件被压在堆叠部与固定砧座之间。对于某些应用，这种单堆叠部配置具有挑战性，其中零件具有多层或其它不寻常的几何形状，并且可能需要在同一零件上多次通过以生成高质量的密封或焊接。

具有不均匀数量的层(诸如4-2-4-5层，跨过待密封的界面的宽度)的山形顶部或其它包装密封应用例示了使用单堆叠焊头的不足之处。假设每个纸箱层均吸收或衰减所施加的超声能量/振幅的大约10％。当传统的焊接通过4-5层时，在最后的层上只剩余大约50％的超声能量/振幅，这不足以产生可靠密封。如果增加力或振幅或时间以补偿这种能量损失，则存在过焊接2层部分并可能燃烧外表面的风险，从而在产品上留下视觉痕迹。

圆形或椭圆形界面，如喷口或端口，对使用传统超声焊接技术进行密封非常有挑战性。通常，常规技术需要许多焊头(例如，多达四个)和焊头的多次重复运动，例如，三步或更多步，来密封这些类型的零件。这些配置庞大、复杂，并且通过必须多次重复超声运动来执行它们的焊接或密封任务而在制造过程中引入延迟。因此，需要一种解决这些问题和其它问题的解决方案。本公开的各方面涉及在单程应用中使用超声能量来满足这些需求和其它需求，从而在诸如纸箱的山形顶部的零件上产生密封。

由金属制成的零件可使用模具进行变形，以使金属变形为所需的形状。实例包括拉丝、深拉、轧制、挤压和锻造过程。一些传统的过程利用外部施加至模具零件界面的润滑剂，以促进金属通过模具的变形。常规过程可通过由模具变形的金属表面上留下痕迹，并且成形过程的生产量是当金属被迫通过模具时金属可变形的速度和力的函数。需要为金属形成过程提供更好的解决方案。

枕形袋或包或类似容器可由柔性材料制成，诸如塑料或非织造薄膜、印刷到铝上然后层压到聚乙烯上的聚酯、包括铝的金属、金属箔、织物、薄膜、聚乙烯涂覆的纤维板或液体纸板等。当存在于辊上时，相邻袋之间的部分需要进行密封，以牢固地容纳袋或包的内容物。常规过程通常密封袋，并随后切割相邻袋之间的部分以单一化小袋。首先，这些双重密封后切割动作给整个袋组件和密封过程的生产量带来了等待时间。第二，辊必须暂停足够长的时间，以便在相邻的小袋之间形成密封，并且生产量是能够多快形成密封的直接函数。加速该密封过程将增加生产量。同时或几乎同时进行密封和切割操作将进一步提高生产量。