Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.6
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pp.63-70
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2008
Conical horn is used in many high frequency ultrasonic horns, to achieve a longitudinal vibration mode across a wide ultrasonic tool horn output surface. Modal analysis is method for designing tuned ultrasonic tool horn and for the prediction natural frequency of ultrasonic tool horn vibration mode. The design of ultrasonic horn is based on prototype estimate obtained by FEM analysis. The FEM simulated ultrasonic tool horn is built and characterized experimentally through laser vibrometer and electrical impedance analysis. In this paper, FEM analysis is developed to predict the natural frequency of ultrasonic tool horn and use of in the optimal design of ultrasonic horn shape.
Since the typical horn-type ultrasonic equipment induces a reaction at the probe tip, the sonochemical reaction has a limitation that it occurs only in a specific area. As one of the ways to overcome this limitation, an ultrasonic device with multi-stepped horn equipped with several oscillators has been developed. The objective of this study was to investigate the sonochemical effects induced by acoustic cavitation system in 20 kHz multi-stepped ultrasonic horn using calorimetry, KI dosimetry and the luminol test. The sonochemical effects of multi-stepped ultrasonic horn were compared with that of the typical horn-type 20 kHz ultrasonic device. The effect of immersion depth and power on the sonochemical reaction was investigated in the ultrasonic system with multi-stepped ultrasonic horn. Higher calorimetric energy was obtained at higher immersion depth and power conditions. Sonochemical effects increased significantly when using the high immersion depth and input power. However, as the input power increased, the cavitation reaction zone concentrated around the ultrasonic horn. Additionally, the experiments to examine the effect of liquid temperature was conducted. The smaller sonochemical reaction was obtained for the higher liquid temperature. The effect on temperature seems to be closely related to liquid conditions such as viscosity and vapor pressure of water.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.22
no.4
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pp.717-722
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2013
In this study, we investigated the design of a wire wedge bonding ultrasonic tool horn using finite element method (FEM) simulations. The proposed method is based on an initial design estimate obtained by FEM analysis. An ultrasonic excitation causes various vibrations of a transducer horn and capillary. A simulated ultrasonic transducer horn and resonator are then built and characterized experimentally using a laser interferometer and electrical impedance analyzer. The vibration characteristics and resonance frequencies close to the exciting frequency are identified using ANSYS. FEM analysis is developed to predict the resonance frequency of the ultrasonic horn and use it in the optimal design of an ultrasonic horn mode shape.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.364-367
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2008
Finite element model and the basic experimental method have been developed to help the design of the transverse ultrasonic horn for flip-chip bonding. With two types of design the horn performance and ultrasonic characteristics are verified by using laser vibrometer. These analysis and experiment results can be the fundamental data for ultrasonic horn design considering the vibration modes and performance.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.3
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pp.363-369
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2011
In this study, a direct pattern forming process on a plastic film using ultrasonic vibration energy is investigated. A tool horn containing micro-patterns is attached to an ultrasonic power supply, and is used to press a plastic film with ultrasonic vibration in order to replicate micro-patterns on the surface of the plastic film. To replicate micro-patterns with high accuracy, the tool horn should be designed to allow only the longitudinal vibration, not the transverse vibration. For this purpose, the design of a tool horn is investigated through finite element analysis, from which the resulting natural frequency of the tool horn can be adjusted in the range of the ultrasonic power supply. The analysis result is then reflected on the optimal design and fabrication of the tool horn. The validity of the developed tool horn is discussed through pattern-forming experiments using the ultrasonic vibration of the developed tool horn.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.3
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pp.263-267
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2011
Ultrasonic metal welding can be used to weld different metals together safely and precisely, without solder, flux and special preparation. Ultrasonic metal welding machine consists of a power supply, a transducer, a booster and a horn. This paper designed the horn needed for Ultrasonic metal welding. The horn has to be designed and manufactured accurately, because measurements such as the shape, length, mass and etc. have effects on the resonant frequency and the vibration mode. The designed horn has the feature of 40,000Hz of nature frequency, and maximizes vibration range in the Tip by resonance in the frequency of ultrasonic wave machine. In this paper, we calculated and analyzed the natural frequency to find the optimal design of the horn that had the amplitude about $12{\mu}m$ by the modal analysis and harmonic analysis using ANSYS. And we analyzed FFT analysis of the manufactured horn.
Seo, Jeong Seok;Lee, Yoon Jeong;Kim, Jin Wook;Park, Dong Sam
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.5
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pp.135-140
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2013
Ultrasonic cutting is a kind of eco-technique and cost-effective technique to be used for cutting of various materials such as baked product, fresh/frozen food, rubber, textile, wood, bone, etc. The performance of ultrasonic cutting is affected by design of cutting horn and cutting conditions. Specially the design of horn to resonate at the longitudinal direction is most important. To analyze the problems from which cracking and noise are often generated with conventional cutting horn, FEA is carried out, and then improved cutting horn which can reduce maximum stress and stress concentration is designed. Vibration characteristics, resonant frequency, gain, and amplitude uniformity of the cutting horn designed optimally are evaluated through FFT analysis and compared with those of conventional cutting horn.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1994.10a
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pp.571-576
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1994
In recent years, ultrasonic has been widely applied in measurement and industrial fields and its application range has been expanded as a result of continuous research and development. Wire Bonding Machine, an instrument fabricating semi-conductor, makes use of ultrasonic bonding method. In order to improve the currently used wire bonding machine using ultrasonic energy, technical accumulation is needed steadily through development of exciting device of ultrasonic composed of piezoelectic vibrator and horn. This study investigates the design conditions affecting the dynamic characteristics through the theoretical and experimental analysis of piezoelectric vibrator and horn, The study conducts separately the system identification of piezoelectric vibrator in time domain and the modal analysis of horn in frequency domain. In theoretical model, the integrated modeling is conducted via a combination of dynamic identification of piezoelectric vibrator and theoretical analysis of horn. Hence comparison is made for theoretical and experimental results of the dynamic characteristics of the ultrasonic transducer composed of piezoelectric vibrator and horn. Form the results of this study we develop the design technique of ultrasonic transducer using dynamic characteristic analysis and propose the possibility of ultrasonic welding considering the optimal condition of the natural frequency and vibration mode of horn.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.12
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pp.4735-4741
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2010
The ultrasonic metal welding is highly used in extensive field due to the possibility for welding of various materials such as new materials, plated structures and etc, and its welding conditions has been diversify. In this paper, one-wavelength tool horn of step type designed for ultrasonic metal welding of dissimilar metal sheets has performed by FEM analysis. FEM analysis is applied to predict the natural frequency of ultrasonic tool horn and use of in the optimal design of ultrasonic horn shape. And the optimal design of one-wavelength step horn is confirmed experimentally using natural frequency analysis system.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.17
no.12
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pp.1259-1263
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2004
In this paper, the optimum design of ultrasonic dry cleaning head was investigated. The transducer instead of mechanical dynamic structure was used to generate ultrasonic wave and the horn-shape amplifier was utilized to solve the energy decaying problem of ultrasonic wave with propagating it through the media. The analyses of ultrasonic wave and a fluid for the selected structure of a cleaning head were carried out using SYSNOISE and ANSYS simulators, respectively. Based on simulator results, the distance between a horn and the substrate of 4 mm and the horn diameter of 10 mm were determined to maximize the energy of ultrasonic waves. The cooling structure was also considered to reduce the heat from the transducer and the horn. The equivalent circuit for the fabricated horn was deduced from HP4194A impedance/gain/phase analyzer and the frequency of an ultrasonic wave of 20.25 kHz was confirmed using the parameters of the equivalent circuit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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