如何设计超音波熔接线PPT

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超声波焊接线设计

塑料超声波焊接线设计

一.前言

超声波焊接是热塑性塑料可采用的一种焊接工艺。由于超声波焊接工艺对大批量生产具有加工速度快,可重复焊装的特性而得到普及。只有严格按照超声波焊接工艺和塑胶材料特性设计的超声波焊接线,才能获得强度和外观均佳的焊接件。在此不介绍超声波焊接原理,因有专著叙述。本文专门对焊接件的设计,特别是焊接连接部分即超声波焊接线的设计作实践性的介绍,操作者根据这些情况可避免产生焊接不良品。

焊接件设计者根据这些情况,一开始就要考虑采用超声波焊接。这样就可避免采用其他工艺而在加工时引起的麻频。在设计注射模和出模时,就要开始要考虑到超声波焊接工艺,避免最后因为工艺设计问题而去修改塑胶模具,这样是很花钱的,有时因时间很紧甚至采用折中的办法，这都是让人很烦恼的事情。按照超声波焊接技术的要求来设计产品,不仅要了解超声波焊接工艺的知识,而且还要了解被加工材料的特性。以下所介绍的内容,对焊缝设计是非常重要的。

二. 超声波焊接工艺步骤

在超声波焊接中,在压力下,机械振动传递到塑件上。由分子间的摩采产生热量,并使材料的阻尼率增加,则该区域的塑料就开始软化。由于阻尼系数增加,该反作用力产生自激,只要增加部分振荡能量就转换成热量。接口部分得好后,需要有一段冷却时间,然后才可对产品进行再加工。超声波焊接工艺是依靠振荡体,包括转换器、振幅变换元件和超声波传递头,超声波传递头是实际上的得接工具。

图1 超声波振动系统的振动变形过程

三. 材料因素

硬质非结晶体塑料,如PC,PS,SAN,ABS,和PMMA,都有很好的超声波能量传通特性, 超声波振荡在这些材料上可以通过很长距高,传送到焊接点上 。半结品聚合物则对声音有较高的衰减性,如PA,PP,PE和P0M这些材料。因此这些材料只能接近超声波焊头部分的区域才能焊牢。这两组材料对能量的消耗也不同。非结晶热塑性塑料焊接时没有明显的熔接痕迹。随温度升高,焊接区域在成为熔融状态之前,先进入塑化状态 。 对热量以及超声波能量的要求比较低(图2) ,半结晶热塑性塑料有明显度熔接痕速和较高的热量要求 。 在焊接时所需的振幅及超声波能量比非结晶塑性塑料高.

其它 的同处是非结晶热塑性塑料注射后可以立即进行焊接接再加工, 而半结品热塑性塑料注射后至少要放置二十四小时, 以消除制件内部应力 。 否则在塑料件焊接时, 其内部应力会导致塑料件收缩变形。

图2 焊接非结晶体和半结晶体材料的热量消耗

填充添加剂(例如:润滑剂、增塑剂防燃剂、木粉,灰粉、玻璃纤维和云母之类的增强剂)会影焊接性能。因此在设计制件和确定焊接参数时,必须注意这些同题,并采用适当的措施，对加工制件要一件一件进行试验直至取得最佳结果为止。例如对聚酰酸(Poly mides),要注意其水份的含量。若水份含量高会引起超声波衰减大,因此焊接性能也差。材料所含水份高,在焊接时还会冒出气泡,这祥就不可能获得紧密的焊接面。为了防止焊接制件的水份含量过高,要将注射以后立即放进PE塑料袋包起来。

若注塑件要采用超声波焊接,设计注射模时要注意适应超声波焊接工艺。否则加工后的制件会有以下缺点：

(1)零件尺寸和重量不稳定;

(2)空腔表面有疵点和不均匀处;

(3)材料应力和其他加工缺陷。

尤其大型注塑件和多型腔模塑成形,或在不同的注塑条件下的尺寸公差,最会引起不正常焊接。不仅如此,注塑件在焊接部位的飞边和制件被污染也都会影响焊接的质量。在这种情况下,对注更件进行修整就显得至关重要,必要时需用刀子对有关表面进行手工修整。

四.超声波焊接设计要点

有许多基本频率可作为设计超声波参数指标时的参考。这样可节省加工时间、能量和调换模具的成本。因此,设计者首先要确定焊接的方式,以下根据不同焊接要求介绍几种焊接方式:

(1)模塑件焊接;

(2)镶嵌焊接;

(3)点焊接;

(4)插套焊接;

(5)模塑板材和织物焊接;

(6)板材、薄片和织物焊接;

(7)铆接焊接;

(8)凸缘连接焊接;

(9)埋入焊接。

要根据产品最终要求来选择连接方式。 这里包括, 如连接面负载承受强度、抗渗液性能、外观光学透明性能、 选免焊接焼损以及内部塑料粉粒状 。 这些需根据以下各项标准:

(1)连接面的位置、形式和能量传递方式;

(2) 焊接位置及顶部和基部侧面的配合公差;

(3)超声波传递头的接触方式;

(4)自由埋入距离;

(5)成形工具中的支座。

1.能量引导

能量引导对设计焊接接口很重要。它能确定连接区域,把能量有目的地传向这些地方(图3 )。因为能耗低, 零件只有较小的热负载。 如果不在覇 能量引导, 就需增加焊接时间,且焊接范围也不能确定

(参考图3) 。焊接强度也会降低且不稳定, 从而引起材料报废 。

接口形状对超声波焊接的影响

能量引导要避免大面积接触。 图4所示给出了引导部分的形状和尺寸设计 。 根据材料和零件尺寸的不同, 引导部分i的设计也不一样。 图4给出了非结品和半结晶材料的焊接钢性值和机械损耗值。

非结晶和半结晶塑料接口能量引导设计

2.超声波焊头的接触方式

对半结品塑料超声波焊接时, 超声波传递头和焊接件接触面积越大越好, 这样才能确保压力平均,补偿模塑中的误差,以改善振荡体和换能器的振荡波特性。、

超声波焊接主要采用近距离要焊接(图5)。只有在硬质非结品体塑料时才采用长距离焊接。

3.对接焊接

一般的端部接口上采用环形引导凸缘,也可以在环形引导角部断开一节(图6 )这样可选免该区域材料集中,焊接时引起材料起泡。这个方法也可防止成形时材料碎裂和产生应力.同样的原因,在有较长的焊缝处,在能量引导中最好有间断,截面形状可选锥形或凸键形。

为了使对接焊接件对准中心,设计人员可选择用模具或超声æ³