超聲波導(dǎo)熔線的設(shè)計(jì)方法

超聲波塑料焊接技術(shù)與超聲波塑料焊接工藝（超聲波導(dǎo)熔線的設(shè)計(jì)，超聲波鉚焊工藝設(shè)計(jì))　

　　近年來(lái),隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展,各種塑料制品已被廣泛應(yīng)用于航空、汽車(chē)、造船、電子和玩具等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域,并取得了令人矚目的成果和經(jīng)濟(jì)效益。然而,由于注塑工藝等因素的限制,有相當(dāng)一部分形狀復(fù)雜的塑料制品不能一次注塑成型,這就需要粘合。而沿用多年的塑料粘結(jié)和熱合工藝卻又相當(dāng)陳舊。這種陳舊工藝不僅效率低,而且使操作工人整天和刺鼻難聞的粘合劑或高溫?zé)嵩创蚪坏?/span>,從而引起環(huán)境污染和勞動(dòng)保護(hù)等一系列棘手問(wèn)題;此外,在塑料零件的粘合過(guò)程中,在結(jié)合處有粘合劑的流掛現(xiàn)象,致使成品失去光潔和美觀,尤為嚴(yán)重的是,這種粘合方法的粘結(jié)牢度不高,密封性也較差,不宜粘合要承受壓力的容器。顯然,這種工藝已不能適應(yīng)塑料工業(yè)發(fā)展的需要,于是一種新穎的塑料加工設(shè)備一超聲波塑料焊接機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生了。

　　超聲波焊接機(jī)在焊接塑料部件時(shí),既不需要添加任何粘合劑或熔劑,也不必使用熱源,并具有操作簡(jiǎn)便,焊接速度快和質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn).

　　超聲波塑料焊接機(jī)的基本原理是這樣的:超聲波發(fā)生器產(chǎn)生20~40kH的高頻電醌,由壓電換能器轉(zhuǎn)換為振動(dòng)機(jī)械能,經(jīng)變幅桿傳送到焊頭。焊頭上的高頻機(jī)械振動(dòng)被傳遞到與焊頭直接接觸的焊件的焊面。兩個(gè)焊面之間的分子在這種振動(dòng)幅度約為0.02mm的高頻機(jī)械振動(dòng)的作用發(fā)生劇烈摩擦,由此產(chǎn)生的瞬間高溫便在焊面形成熔化層。并在焊接機(jī)可控壓力的作用下焰合凝固起來(lái),從而實(shí)現(xiàn)牢固結(jié)合。上述整個(gè)過(guò)程所費(fèi)時(shí)間僅為0.2秒左右。

　　此外，超聲塑料焊接機(jī)通常還需備有機(jī)械傳動(dòng)及電器控制系統(tǒng)。利用空氣壓縮機(jī)將3kg左右的氣壓送入氣路閱門(mén),通過(guò)電器控制系統(tǒng)來(lái)控制閥門(mén)換向,便可使焊頭按照需要任意升降電器控制系統(tǒng)還控制預(yù)壓,觸發(fā)超聲波和焊接維持時(shí)間。也可為這種焊接機(jī)配備專用微機(jī)控制系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、升降、觸發(fā)、預(yù)壓和維持時(shí)間的程序化自動(dòng)控制。并可根據(jù)不同焊接對(duì)象選擇最佳功率、壓力和維持時(shí)間。

　　由于焊接對(duì)象的材料,大小,形態(tài)和焊接要求各不相同,再加上塑料的可焊性還受其彈性系數(shù),振動(dòng)阻力、摩擦系數(shù)、導(dǎo)熱特性和熔化溫度諸因素影響,因此為提高焊接質(zhì)量必須制定適當(dāng)?shù)暮附庸に嚒?/span>

例如圖1所示為超聲導(dǎo)向焊接法。

　　當(dāng)焊接面為平而時(shí),下部焊面應(yīng)注塑成有一個(gè)橫貫整個(gè)焊面的導(dǎo)向錐形條。它的作用是使超聲能量滅梨中。對(duì)于焰點(diǎn)較低的高硬度易焊接材料,導(dǎo)向條高度不得低于0.25mm:而對(duì)低硬度材料如聚碳酸脂等),則高度不得低于05mm。從圖1下方的溫度時(shí)間曲線可以譽(yù)出,在施加超聲能量后,具有導(dǎo)向條的披焊塑料的軟化和熔化時(shí)間顯若縮短,這就能加快焊接速度,并能取得最高焊接強(qiáng)度。

圖2所示為超聲槽式焊接法。

　　它采用了問(wèn)距移位焊接,以防止二結(jié)合面燒化。由于凸凹面需保持一定的間,這勢(shì)必會(huì)增加注塑準(zhǔn)度,而設(shè)計(jì)成如圖中所示的斜度形式;就能降低對(duì)注塑的精度要求。

圖3所示為超聲切邊焊接法。

　　它適用于要求完全密封的焊接,對(duì)尼龍、聚乙烯和聚苯等結(jié)晶樹(shù)脂材料的焊接尤為可行。其焊接過(guò)程是先熔化最初的接觸區(qū)域,然后靠焊接機(jī)的可控壓力,沿垂直壁面還步焰化余量部分。由于焊接牢度與二接觸面的接觸長(zhǎng)度成正比,所以接觸長(zhǎng)度不得少于焊件壁厚的125倍。

圖4所示為超聲嵌焊法。

　　這是將金屬元件入塑料內(nèi)焊接的一種新工藝,它取代了那種圍著金屬元件注塑以在其周?chē)a(chǎn)生應(yīng)力的舊方法。在旅焊法中,塑料件和被嵌入金屬的公差配合一般為04mm左右。若要增加抗拉能力,可將嵌入物表面加工成蟻紋型成開(kāi)多道狹擅。若要加掘轉(zhuǎn)強(qiáng)度,可將它加工成軸向滾花。

　　圖4還顯示了二種可行的嵌入方式,一種是忽料舟件與焊頭相接,另一種是將金屬嵌入物與焊頭相接。一般情況下,宜采用前種方式,因它既可避免焊頭接觸金屬嵌入物所造成的磨損和噪聲問(wèn)題,又可降低對(duì)焊頭的選材要求。如嵌入物外徑小于6mm,超聲功率可取300~500W;如大于6mm小于12mm,可取700~900W;如大于12mm或多頭焊接,則至少取1200W以上。一般而言,焊頭表面直徑應(yīng)為嵌入物的3倍左右,這可使聲朝合處在最佳狀態(tài)

圖5所示為超聲鉚焊法。

　　它采用可控熔化來(lái)形成塑料螺栓,以便固定組合件的另一部分。

　　圖5超聲焊圖a)為最通用的鉚焊形式。塑料熔解是在焊頭型腔的尖端開(kāi)始的,焊頭的直徑一般設(shè)計(jì)為鉚桿的一倍。這種焊法對(duì)于錦焊非耐磨熱塑性塑料是理想的。對(duì)鉚桿直徑較細(xì)的耐磨熱塑性塑料從面減少了超聲能量的傳輸消耗,并降低了焊頭與鉚桿間的中心校正要求,此外周都的外觀也較為光滑。

　　若對(duì)被焊元件的外觀和牢度要求不高,可采用圖5()這種滾花刻痕鉚焊形式，這種方法可簡(jiǎn)化鉚焊步驟和加速焊接進(jìn)程,也無(wú)需焊頭型腔和確定中心位置,并適宜進(jìn)行多頭焊接。

對(duì)焊面要求平整且厚度已不能增加的部件,可采用圖5d這種埋頭鉚焊形式。

　　在鉚桿直徑大于5mm的情況下,可果用圖5(e)這種凹形鉚焊形式這種方法能防止表面下陷和消除內(nèi)部汽泡,因而可提高焊接質(zhì)量力,有時(shí)需要在一次操作中同時(shí)進(jìn)行多頭鉚焊,此時(shí)焊頭應(yīng)設(shè)計(jì)成半波長(zhǎng)或全波長(zhǎng)。若各鉚桿的焊面處在同一平面上,且它們的間距在12mm以內(nèi),則應(yīng)取半波長(zhǎng),若鉚焊大部件,且間距又較寬,則宜采用全波復(fù)合焊頭。

　　超聲波塑料焊接機(jī)是一種高速度,高效率、高質(zhì)量和高自動(dòng)化的新一代塑料加工設(shè)備。它的問(wèn)世,為塑料焊接新工藝的開(kāi)發(fā)鋪平了道路,必將使塑料工業(yè)發(fā)生巨大變革。