超聲波導熔線的設計方法

超聲波塑料焊接技術與超聲波塑料焊接工藝（超聲波導熔線的設計，超聲波鉚焊工藝設計)　

　　近年來,隨著塑料工業的迅速發展,各種塑料制品已被廣泛應用于航空、汽車、造船、電子和玩具等各個工業領域,并取得了令人矚目的成果和經濟效益。然而,由于注塑工藝等因素的限制,有相當一部分形狀復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和熱合工藝卻又相當陳舊。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熱源打交道,從而引起環境污染和勞動保護等一系列棘手問題;此外,在塑料零件的粘合過程中,在結合處有粘合劑的流掛現象,致使成品失去光潔和美觀,尤為嚴重的是,這種粘合方法的粘結牢度不高,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塑料工業發展的需要,于是一種新穎的塑料加工設備一超聲波塑料焊接機便應運而生了。

　　超聲波焊接機在焊接塑料部件時,既不需要添加任何粘合劑或熔劑,也不必使用熱源,并具有操作簡便,焊接速度快和質量好等優點.

　　超聲波塑料焊接機的基本原理是這樣的:超聲波發生器產生20~40kH的高頻電醌,由壓電換能器轉換為振動機械能,經變幅桿傳送到焊頭。焊頭上的高頻機械振動被傳遞到與焊頭直接接觸的焊件的焊面。兩個焊面之間的分子在這種振動幅度約為0.02mm的高頻機械振動的作用發生劇烈摩擦,由此產生的瞬間高溫便在焊面形成熔化層。并在焊接機可控壓力的作用下焰合凝固起來,從而實現牢固結合。上述整個過程所費時間僅為0.2秒左右。

　　此外，超聲塑料焊接機通常還需備有機械傳動及電器控制系統。利用空氣壓縮機將3kg左右的氣壓送入氣路閱門,通過電器控制系統來控制閥門換向,便可使焊頭按照需要任意升降電器控制系統還控制預壓,觸發超聲波和焊接維持時間。也可為這種焊接機配備專用微機控制系統,以實現啟動、升降、觸發、預壓和維持時間的程序化自動控制。并可根據不同焊接對象選擇最佳功率、壓力和維持時間。

　　由于焊接對象的材料,大小,形態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,振動阻力、摩擦系數、導熱特性和熔化溫度諸因素影響,因此為提高焊接質量必須制定適當的焊接工藝。

例如圖1所示為超聲導向焊接法。

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

圖2所示為超聲槽式焊接法。

　　它采用了問距移位焊接,以防止二結合面燒化。由于凸凹面需保持一定的間,這勢必會增加注塑準度,而設計成如圖中所示的斜度形式;就能降低對注塑的精度要求。

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,對尼龍、聚乙烯和聚苯等結晶樹脂材料的焊接尤為可行。其焊接過程是先熔化最初的接觸區域,然后靠焊接機的可控壓力,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度成正比,所以接觸長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圍產生應力的舊方法。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多道狹擅。若要加掘轉強度,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題,又可降低對焊頭的選材要求。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,焊頭表面直徑應為嵌入物的3倍左右,這可使聲朝合處在最佳狀態

圖5所示為超聲鉚焊法。

　　它采用可控熔化來形成塑料螺栓,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始的,焊頭的直徑一般設計為鉚桿的一倍。這種焊法對于錦焊非耐磨熱塑性塑料是理想的。對鉚桿直徑較細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，這種方法可簡化鉚焊步驟和加速焊接進程,也無需焊頭型腔和確定中心位置,并適宜進行多頭焊接。

對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部汽泡,因而可提高焊接質量力,有時需要在一次操作中同時進行多頭鉚焊,此時焊頭應設計成半波長或全波長。若各鉚桿的焊面處在同一平面上,且它們的間距在12mm以內,則應取半波長,若鉚焊大部件,且間距又較寬,則宜采用全波復合焊頭。

　　超聲波塑料焊接機是一種高速度,高效率、高質量和高自動化的新一代塑料加工設備。它的問世,為塑料焊接新工藝的開發鋪平了道路,必將使塑料工業發生巨大變革。