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超聲波焊接線(xiàn)的設(shè)計(jì)

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塑料超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

一.前言

  超聲波焊接技術(shù)是熱塑性塑料可采用的一種焊接工藝。由于超聲波焊接工藝對(duì)大批量生產(chǎn)具有加工速度快,可重復(fù)焊裝的特性而得到普及。只有嚴(yán)格按照超聲波焊接工藝和塑膠材料特性設(shè)計(jì)的超聲波焊接線(xiàn),才能獲得強(qiáng)度和外觀(guān)均佳焊接件。在此不介紹超聲波焊接原理,因有專(zhuān)著敘述。本文專(zhuān)門(mén)對(duì)焊接件的設(shè)計(jì),特別是焊接連接部分即超聲波焊接線(xiàn)的設(shè)計(jì)作實(shí)踐性的介紹,操作者根據(jù)這些情況可避免產(chǎn)生焊接不良品。

  焊接件設(shè)計(jì)者根據(jù)這些情況,一開(kāi)始就要考慮采用超聲波焊接。這樣就可避免采用其他工藝而在加工時(shí)引起的麻頻。在設(shè)計(jì)注射模和出模時(shí),就要開(kāi)始要考慮到超聲波焊接工藝,避免最后因?yàn)楣に囋O(shè)計(jì)問(wèn)題而去修改塑膠模具,這樣是很花錢(qián)的,有時(shí)因時(shí)間很緊甚至采用折中的辦法,這都是讓人很煩惱的事情。按照超聲波焊接技術(shù)的要求來(lái)設(shè)計(jì)產(chǎn)品,不僅要了解超聲波焊接工藝的知識(shí),而且還要了解被加工材料的特性。以下所介紹的內(nèi)容,對(duì)焊縫設(shè)計(jì)是非常重要的。

二. 超聲波焊接工藝步驟

  在超聲波焊接中,在壓力下,機(jī)械振動(dòng)傳遞到塑件上。由分子間的摩採(cǎi)產(chǎn)生熱量,并使材料的阻尼率增加,則該區(qū)域的塑料就開(kāi)始軟化。由于阻尼系數(shù)增加,該反作用力產(chǎn)生自激,只要增加部分振蕩能量就轉(zhuǎn)換成熱量。接口部分得好后,需要有一段冷卻時(shí)間,然后才可對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行再加工。超聲波焊接工藝是依靠振蕩體,包括轉(zhuǎn)換器、振幅變換元件和超聲波傳遞頭,超聲波傳遞頭是實(shí)際上的得接工具。   

超聲波振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)變形過(guò)程

圖1   超聲波振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)變形過(guò)程

      


                                            各種頻率超聲波焊接振幅推薦

三. 材料因素

  硬質(zhì)非結(jié)晶體塑料,如PC,PS,SAN,ABS,和PMMA,都有很好的超聲波能量傳通特性, 超聲波振蕩在這些材料上可以通過(guò)很長(zhǎng)距高,傳送到焊接點(diǎn)上 。半結(jié)品聚合物則對(duì)聲音有較高的衰減性,如PA,PP,PE和P0M這些材料。因此這些材料只能接近超聲波焊頭部分的區(qū)域才能焊牢。這兩組材料對(duì)能量的消耗也不同。非結(jié)晶熱塑性塑料焊接時(shí)沒(méi)有明顯的熔接痕跡。隨溫度升高,焊接區(qū)域在成為熔融狀態(tài)之前,先進(jìn)入塑化狀態(tài) 。 對(duì)熱量以及超聲波能量的要求比較低(圖2) ,半結(jié)晶熱塑性塑料有明顯度熔接痕速和較高的熱量要求 。 在焊接時(shí)所需的振幅及超聲波能量比非結(jié)晶塑性塑料高.

  其它 的同處是非結(jié)晶熱塑性塑料注射后可以立即進(jìn)行焊接接再加工, 而半結(jié)品熱塑性塑料注射后至少要放置二十四小時(shí), 以消除制件內(nèi)部應(yīng)力 。 否則在塑料件焊接時(shí), 其內(nèi)部應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致塑料件收縮變形。

圖2 焊接非結(jié)晶體和半結(jié)晶體材料的熱量消耗


      圖2 焊接非結(jié)晶體和半結(jié)晶體材料的熱量消耗


   

非晶和結(jié)晶塑料焊接比較.png

塑料的種類(lèi).png

    填充添加劑(例如:潤(rùn)滑劑、增塑劑防燃劑、木粉,灰粉、玻璃纖維和云母之類(lèi)的增強(qiáng)劑)會(huì)影焊接性能。因此在設(shè)計(jì)制件和確定焊接參數(shù)時(shí),必須注意這些同題,并采用適當(dāng)?shù)拇胧?,?duì)加工制件要一件一件進(jìn)行試驗(yàn)直至取得最佳結(jié)果為止。例如對(duì)聚酰酸(Poly mides),要注意其水份的含量。若水份含量高會(huì)引起超聲波衰減大,因此焊接性能也差。材料所含水份高,在焊接時(shí)還會(huì)冒出氣泡,這祥就不可能獲得緊密的焊接面。為了防止焊接制件的水份含量過(guò)高,要將注射以后立即放進(jìn)PE塑料袋包起來(lái)。                         

  若注塑件要采用超聲波焊接,設(shè)計(jì)注射模時(shí)要注意適應(yīng)超聲波焊接工藝。否則加工后的制件會(huì)有以下缺點(diǎn):                                                             

(1)零件尺寸和重量不穩(wěn)定;

(2)空腔表面有疵點(diǎn)和不均勻處;

(3)材料應(yīng)力和其他加工缺陷。

  尤其大型注塑件和多型腔模塑成形,或在不同的注塑條件下的尺寸公差,最會(huì)引起不正常焊接。不僅如此,注塑件在焊接部位的飛邊和制件被污染也都會(huì)影響焊接的質(zhì)量。在這種情況下,對(duì)注更件進(jìn)行修整就顯得至關(guān)重要,必要時(shí)需用刀子對(duì)有關(guān)表面進(jìn)行手工修整。

四.超聲波焊接設(shè)計(jì)要點(diǎn)

  有許多基本頻率可作為設(shè)計(jì)超聲波參數(shù)指標(biāo)時(shí)的參考。這樣可節(jié)省加工時(shí)間、能量和調(diào)換模具的成本。因此,設(shè)計(jì)者首先要確定焊接的方式,以下根據(jù)不同焊接要求介紹幾種焊接方式:  

(1)模塑件焊接;           

(2)鑲嵌焊接;

(3)點(diǎn)焊接;

(4)插套焊接;

(5)模塑板材和織物焊接;

(6)板材、薄片和織物焊接;

(7)鉚接焊接;

(8)凸緣連接焊接;

(9)埋入焊接。   


  要根據(jù)產(chǎn)品最終要求來(lái)選擇連接方式。 這里包括, 如連接面負(fù)載承受強(qiáng)度、抗?jié)B液性能、外觀(guān)光學(xué)透明性能、 選免焊接焼損以及內(nèi)部塑料粉粒狀 。 這些需根據(jù)以下各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn):

(1)連接面的位置、形式和能量傳遞方式;

(2) 焊接位置及頂部和基部側(cè)面的配合公差;

(3)超聲波傳遞頭的接觸方式;

(4)自由埋入距離;

(5)成形工具中的支座。

   

超聲波焊接容易擊穿這個(gè)位置

容易擊穿的位置,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該避免

超聲焊接時(shí)容易斷裂的部位

需要加過(guò)度圓弧

容易發(fā)生焊接斷裂的幾種錯(cuò)誤設(shè)計(jì)


1.能量引導(dǎo)

  能量引導(dǎo)對(duì)設(shè)計(jì)焊接接口很重要。它能確定連接區(qū)域,把能量有目的地傳向這些地方(圖3 )。因?yàn)槟芎牡? 零件只有較小的熱負(fù)載。 如果不在覇 能量引導(dǎo), 就需增加焊接時(shí)間,且焊接范圍也不能確定

(參考圖3) 。焊接強(qiáng)度也會(huì)降低且不穩(wěn)定, 從而引起材料報(bào)廢 。

   接口形狀對(duì)超聲波焊接的影響



 能量引導(dǎo)要避免大面積接觸。 圖4所示給出了引導(dǎo)部分的形狀和尺寸設(shè)計(jì) 。 根據(jù)材料和零件尺寸的不同, 引導(dǎo)部分i的設(shè)計(jì)也不一樣。 圖4給出了非結(jié)品和半結(jié)晶材料的焊接鋼性值和機(jī)械損耗值。  

非結(jié)晶和半結(jié)晶塑料接口能量引導(dǎo)設(shè)計(jì)


非結(jié)晶和半結(jié)晶塑料接口能量引導(dǎo)設(shè)計(jì)

幾種超聲波焊接線(xiàn)角度的設(shè)計(jì)

幾種超聲波焊接線(xiàn)角度的設(shè)計(jì)



2.超聲波焊頭的接觸方式

  對(duì)半結(jié)品塑料超聲波焊接時(shí), 超聲波傳遞頭和焊接件接觸面積越大越好, 這樣才能確保壓力平均,補(bǔ)償模塑中的誤差,以改善振蕩體和換能器的振蕩波特性。、

超聲波焊接主要采用近距離要焊接(圖5)。只有在硬質(zhì)非結(jié)品體塑料時(shí)才采用長(zhǎng)距離焊接。

超聲波遠(yuǎn)程焊接和超聲波近程焊接

    遠(yuǎn)距離焊接和近距離焊接


3.對(duì)接焊接

  一般的端部接口上采用環(huán)形引導(dǎo)凸緣,也可以在環(huán)形引導(dǎo)角部斷開(kāi)一節(jié)(圖6 )這樣可選免該區(qū)域材料集中,焊接時(shí)引起材料起泡。這個(gè)方法也可防止成形時(shí)材料碎裂和產(chǎn)生應(yīng)力.同樣的原因,在有較長(zhǎng)的焊縫處,在能量引導(dǎo)中最好有間斷,截面形狀可選錐形或凸鍵形。

超聲波熔接線(xiàn)設(shè)計(jì)

          盡量避免熔接線(xiàn)直角過(guò)度


為了使對(duì)接焊接件對(duì)準(zhǔn)中心,設(shè)計(jì)人員可選擇用模具或超聲波傳遞頭使焊接件兩個(gè)焊接面對(duì)準(zhǔn),這樣在焊接時(shí)就能有正確的導(dǎo)向(圖7左) 。另一種對(duì)準(zhǔn)中心的方法是用銷(xiāo)釘插入圓孔中(圖7中) 。這些方法都有不需改動(dòng)模具增加成本的優(yōu)點(diǎn)。

超聲波熔接線(xiàn)設(shè)計(jì)

                超聲波熔接線(xiàn)設(shè)計(jì)

  當(dāng)焊接件的公差較大時(shí),可用焊接件自身定位對(duì)準(zhǔn)中心(圖7右) 。但這在焊接緊固零件和薄壁連接件時(shí)就會(huì)引起麻頻。根據(jù)材料性質(zhì),只有低強(qiáng)度無(wú)預(yù)裝配的焊接件才能采用該種方法。但采用這種方法后, 任何滲漏性材料都可改善其滲漏性。


四.階梯接口

  階梯接口的焊接較容易,光學(xué)透明度好,強(qiáng)度和緊密度也較高(圖8) 。焊接件自身還可起對(duì)準(zhǔn)作用 。 如階梯接口在剪切力和拉力作用點(diǎn)處效果更佳。 如果焊接口外表被一圏環(huán)形凸肩所覆蓋,那么由于焊接引起的不平整就會(huì)被掩蓋,且焊接處的光學(xué)性能也可改善(8中)

超聲波焊接線(xiàn)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)


超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

  因?yàn)楸缓附拥乃芗傆幸欢ǖ墓? 所以必須避免焊接導(dǎo)向部分平面接觸 。 否則會(huì)引起無(wú)法預(yù)料的汽泡。當(dāng)焊接面需要有較高尺寸精度時(shí),外形上可增力間隔的凸鍵 (國(guó)8右) 。這種方法可使焊接件正確對(duì)準(zhǔn)中心, 不會(huì)發(fā)生移動(dòng)。即使有較大的間隙,不需要對(duì)工件進(jìn)行修整,也可保證被焊接件在重復(fù)焊接時(shí)的整潔外觀(guān) 。

5.榫舌和凹槽焊接

  榫舌和凹槽焊接(圖9 )能確保具有最接強(qiáng)度。接時(shí),表面張力使樺舌充滿(mǎn)凹糟間隙。這種焊接能自身對(duì)準(zhǔn)中, 學(xué)性能也較好。 其不足之處是需有較高的配合精度和制件壁部較厚 。 解決的辦法是和階梯焊接一樣, 使用間隔凸鍵。

防水型超聲波焊接線(xiàn)

6.擠壓焊接

  對(duì)POM、 PA這類(lèi)結(jié)晶型熱塑性料焊接件的溫度,需在很小的范圍內(nèi)使材料從固態(tài)變到液態(tài),因此要設(shè)計(jì)一種特殊的接口。在此就不必采用能量引導(dǎo),因焊接時(shí)材料向外濺出就無(wú)法控制。

  擠壓焊接適宜極薄壁焊接(圖10)。采用擠壓焊接,一般都可獲得緊在的焊縫 。 對(duì)較大塑件的焊接也常采用斜面焊接接口(圖10右)。在此情況下,焊接時(shí)富;.,表面張力只朝上或朝下跑,焊接件不是大面積接觸。該設(shè)計(jì)能不足之處是不容易控知1l焊接件的算接公差,因此就需采用高能量的能量轉(zhuǎn)換器和較高的振幅能量。


擠壓焊接型超聲波焊接結(jié)構(gòu)

  

7.對(duì)插焊接

  對(duì)插焊接是擠壓焊接的一種派生形式適用于細(xì)長(zhǎng)圓形件的焊接,這樣可以避免產(chǎn)生不同的形狀的焊接口。

焊接時(shí)對(duì)插焊接的插口可起定位作用。一件插在另一件塑料下點(diǎn)或孔中(圖11),這樣就有很高的強(qiáng)度,無(wú)飛出材料。對(duì)插焊接所需焊接能量小,焊接時(shí)間短。

8.點(diǎn)焊         

  在點(diǎn)焊中, 接件相接蝕, 接縫線(xiàn)不經(jīng)過(guò)預(yù)處理, 也不要能量導(dǎo) 。 聲波遞頭頂端穿過(guò)焊接件進(jìn)入下片焊接件, 使焊接件觸部分的材料塑化(圖12) 。 移動(dòng)自塑料向流動(dòng)并被固聲波焊接頭面環(huán)圈內(nèi) 。




  超聲波點(diǎn)焊工藝在大面積、熱成形、吹塑、擠塑制件的焊接中廣泛應(yīng)用。它也適用于不同材質(zhì)的焊接。

9.片材和織物對(duì)制件的焊接

  超聲渡焊接也能用于織物、塑料、金屬制成的網(wǎng)狀物和熱塑性塑料細(xì)件的焊接。不同的聚合物之間,聚合物和金屬之間的焊接都行。

  采用能量引導(dǎo)或結(jié)構(gòu)超聲波傳遞頭均可(圖13)。焊接時(shí),塑化材料穿過(guò)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成一個(gè)可靠的連接。得接金屬網(wǎng)狀物時(shí)要減小振幅這點(diǎn)很重要,否則焊接時(shí)會(huì)造成網(wǎng)狀物位移太大而被掘壞。

超聲波焊接線(xiàn)


10. 鑲嵌焊接

  在某些情況下,需有可靠的密封。因此焊接時(shí)要用一個(gè)有彈性的密封球,例如 O形圈(圖14) 。 這, 在加工時(shí)確保不使有滲漏的材料進(jìn)入凹槽。另外, 焊接毛邊必須清除干。


11.片材、最表和観物的n最

  焊接塑料復(fù)差片材和紙時(shí), 超聲波能量穿過(guò)焊接件使焊接區(qū)材料塑化。通常在超聲波傳通頭對(duì)面必須有個(gè)支承面(圖15) 。超聲波傳遞頭表面必須加工,,成特殊結(jié)構(gòu),支承面的表面也如此。這種特殊結(jié)構(gòu)可替代能量引導(dǎo)和提高焊接效果


12.超聲波鉚焊       

采用鉚焊方法, 可使熱塑性塑料制金屬材料或可焊接的熱固性塑料

合物快速、 干凈地一起。毋需另加固定,并可使用多工位加工。通過(guò)克服聚合物的彈性恢復(fù), 可增加柳接強(qiáng)度 。 另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是小范圍的加工熱量由超聲波焊頭迅速擴(kuò)散, 有效地控制了材料的熱過(guò)裁。

  在多點(diǎn)鉚接時(shí)就能體現(xiàn)出超聲波鉚接的效率。 適當(dāng)提高超聲波能量, 就可減少鉚接壓力和結(jié)小超聲波傳通頭接觸點(diǎn)面積 。 因此可以確保僅在鉚點(diǎn)頂端小部分發(fā)塑化 (圖16) 在大面積接和高物接壓力之下,就能使鉚釘體化,根部處損壞。在這種情況下,會(huì)造成鉚接頭鉚接不良, 因此連接也是不可。 帶液壓控制的聲波頭可確保質(zhì)量, 它可使壓速度保持定的速度,使接材料夠的成形時(shí)間而不會(huì)外濺。這種法也可避。

再介紹電子壓痕深度裝置。 該裝置可痕點(diǎn)高度制在o. o5m m內(nèi)。當(dāng)焊接過(guò)程結(jié)束時(shí),該裝置使渡傳遞頭仍有力,直到焊點(diǎn)完全固化(保持時(shí)間) 普通的壓頭往往會(huì)使超聲波傳遞頭的壓力沒(méi)有作用在鉚釘體頭部, 這樣只要施加的力就可使焊接后的結(jié)疤或成形不規(guī)則的鉚體頭分開(kāi)另外, 因?yàn)樗芰系膹幮曰謴?fù)是不能抵消的,所以鉚接體嵌入物處通常留有間隙。

超聲波鉚接,超聲波點(diǎn)焊




在設(shè)計(jì)鉚接體時(shí),必須使其頂端倒角,這樣便于裝配(圖16中)。倒圓和沉坑可防止裝配時(shí)不希望產(chǎn)生的凹槽影響。另外,鉚接體的直徑和長(zhǎng)度之比不能大于1:2。

超聲波傳遞頭的在超聲波焊接中是必不可少的,對(duì)于那些表面有波紋的,尺寸不規(guī)則的焊件,得接時(shí)還要加固定圈(圖l6右)超聲波柳接焊頭的設(shè)計(jì)方法很多,圖17介紹了超聲波焊頭的設(shè)計(jì),供參改。

超聲波鉚接焊頭及塑料制件的工藝設(shè)計(jì)

超聲波鉚接焊頭及塑料制件的工藝設(shè)計(jì)

13.超聲波凸緣連接焊                                 .

  超聲波凸緣連接是超聲波鉚接的一種特殊形式。有時(shí)不需鉚接體整個(gè)穿過(guò)焊接時(shí)成可采用凸緣連接焊(圖18)。采用這種方法時(shí)起聲波傳遞的下側(cè)必須預(yù)先成形。

  凸緣連接焊的加工周期和翻接焊相塑化材料在超聲波傳遞頭壓力下冷卻固化。這樣可有數(shù)地限止材料的反彈。這是該工藝很重要的優(yōu)點(diǎn)。且采用超聲波焊頭液壓控制和電子壓痕深度控制裝置,還可提高焊接質(zhì)量,確保重復(fù)連接。

超聲波焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)

14.鑲嵌金屬零焊件

  在熱塑性塑料上鑲嵌銷(xiāo)子,鉗件成其他金屬件時(shí),對(duì)其插入孔的尺寸必須仔細(xì)檢測(cè)。其粘度要求也可在零件圖獲取。孔壁塑化才能鑲嵌住金屬件。根據(jù)被嵌另件的尺寸、形狀可獲得高撓曲, 扭動(dòng)和頂出力矩。超聲波鑲嵌f奉是個(gè)很快的工藝過(guò)程。因此允許置于注射模塑周期的自動(dòng)程序中。硬質(zhì)超聲波焊頭的設(shè)計(jì)很重要, 必頻使超聲波轉(zhuǎn)換器能吸收消除反向振蕩波。

  五.超聲波設(shè)備的作用

  焊接口和焊接件設(shè)計(jì)不是保證超聲渡焊接工藝質(zhì)的唯一因素超聲波焊接設(shè)備和超聲波焊接工藝參數(shù)的選擇對(duì)超聲波焊接質(zhì)量也起著要的作用 。 現(xiàn)代焊接中的參數(shù)很多, 必須在實(shí)際應(yīng)用中相互搭配 。 以下的工藝順序可作實(shí)際焊接的參考: 首先確定超聲波振幅能量; 其次是加壓力和觸發(fā); 再次是焊接速度; 最后是焊接和固化時(shí)間 。塑料件超聲波焊接工藝及焊接線(xiàn)設(shè)計(jì)此外超聲波振蕩發(fā)生器也是起決定性作用的, 求它經(jīng)連續(xù)工作后不降低固有性能 。

    親愛(ài)的讀者朋友,本文介紹的超聲波焊接工藝設(shè)計(jì)方法,都是筆者長(zhǎng)期從事超聲波焊接工藝研究總結(jié)的經(jīng)驗(yàn),在生產(chǎn)工作中遇到有關(guān)不理解不明白地方時(shí),可以來(lái)電探討13510929282李工。


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在日常超聲波焊接的應(yīng)用中,我們經(jīng)常遇到客戶(hù)要求的焊接后產(chǎn)品的防水等級(jí)。塑膠電子產(chǎn)品防水等級(jí)主要分為九個(gè)等級(jí),?這一劃分是根據(jù)《?GBT 4208-2017 外殼防護(hù)等級(jí)(IP代碼)》?上的規(guī)定來(lái)確定的。?具體等級(jí)和對(duì)應(yīng)的防護(hù)能力如下:??IPX0?:?無(wú)防護(hù)。??IPX1?:?防止垂直方向滴水。??IPX2?:?當(dāng)外殼在15°傾斜時(shí),?仍可防止垂直方向滴水。??IPX3?:?防淋水。??IP...
2024-08-15
在工業(yè)生產(chǎn)與自動(dòng)化技術(shù)的廣闊天地里,超聲波技術(shù)以其獨(dú)特的非接觸式、高效能特性,成為了眾多精密加工與清洗領(lǐng)域的首選。近年來(lái),隨著伺服技術(shù)的飛速發(fā)展,伺服超聲波技術(shù)逐漸嶄露頭角,相較于傳統(tǒng)的氣動(dòng)超聲波,其在多個(gè)維度上展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)越性。以下,我們將深入探討伺服超聲波相較于傳統(tǒng)氣動(dòng)超聲波的幾大優(yōu)點(diǎn)。 1. 精準(zhǔn)控制與穩(wěn)定性 伺服超聲波技術(shù)的核心在于其采用了高精度的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),這使得超聲波的...
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