超声波焊接作为一种高效、环保的连接技术，在塑料、金属等材料的加工领域应用广泛。而超声波模具（又称焊头）作为能量传递的核心部件，其设计、材质及工艺参数直接影响焊接质量和效率。本文将探讨超声波模具对焊接的影响机制，从振动特性、材料匹配、结构设计、工艺适配等维度展开分析，并结合实际应用案例揭示优化方向。

一、振动特性

超声波模具的核心功能是将换能器产生的高频机械振动（通常为15kHz-40kHz）传递至工件界面，其振动特性直接决定能量分布的均匀性和稳定性。根据驻波理论，模具长度需设计为半波长或其整数倍，以实现谐振状态。若模具长度偏离理论值，会导致振幅衰减或节点偏移，进而引发焊接强度不均。

模具的固有频率匹配同样关键，当模具固有频率与发生器输出频率偏差超过±0.5%时，能量转换效率将显著下降。频率失谐3%的模具会使实际输出振幅降低40%，需通过有限元模态分析（FEA）优化结构。

二、材料科学

模具材料的选择需兼顾机械强度、疲劳寿命和声学性能，航空级钛合金因其高疲劳极限和低声阻，成为高负荷焊接的选择。但钛合金成本较高，对于PP、ABS等低熔点塑料，经热处理的7075铝合金更具性价比。

材料内部缺陷会加速能量损耗，金相分析发现，含有0.1%杂质的气孔会使模具局部温升提高50℃，导致热应力开裂。采用真空熔炼+等温锻造工艺的模具，其使用寿命可达普通铸造模具的3倍。

三、结构设计

超声波模具工作面结构直接影响应力分布，对于平面焊接，带微纹理（Ra0.8-1.6μm）的咬合面可比镜面抛光提高30%的熔融效率；而三维曲面焊接需采用仿形设计，如太阳能板边框焊接采用的曲面补偿模具，使接触压力偏差控制在±5N以内。

四、工艺适配

模具性能需与焊接工艺参数协同优化，振幅（通常10-50μm）与压力（0.2-0.6MPa）的匹配关系存在临界阈值：ABS材料焊接时，当振幅/压力比＞80μm/MPa时易产生飞边，＜40μm/MPa则会导致虚焊。