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1、超聲波焊接件的工藝設(shè)計(jì)
作者:欣宇機(jī)械 來(lái)源:本站原創(chuàng) 日期:2014-5-5 17:32:38 點(diǎn)擊:4431 屬于:行業(yè)新聞
超聲波焊接件的工藝設(shè)計(jì)-東莞市欣宇超聲波機(jī)械有限公司
在超聲波焊接行業(yè)中,很多客戶(hù)都不知道塑料件焊接,焊接產(chǎn)品優(yōu)良不只是跟材質(zhì),超聲波選擇機(jī)型功率有關(guān)系,最容易被忽略的一點(diǎn)是:超聲波焊接件的工藝設(shè)計(jì),塑料焊接件需要設(shè)計(jì)有超聲線,焊接出來(lái)的產(chǎn)品才是比較完美的。那么,超聲波焊接件的工藝設(shè)計(jì)是怎么樣的呢?要怎么設(shè)計(jì)呢?很多客戶(hù)初步使用超聲波焊接,都會(huì)對(duì)個(gè)問(wèn)題不了解,今天,欣宇小陳為大家講解:超聲波焊接件的工藝設(shè)計(jì),希望對(duì)朋友有所幫助!
超聲波塑料件的結(jié)
2、構(gòu)設(shè)計(jì)必須首先考慮如下幾點(diǎn):
1.是否需要水密、氣密。
2.是否需要完美的外觀。
3.是否適合焊頭加工要求。
4.焊縫的大小(即要考慮所需強(qiáng)度)。
5.避免塑料熔化或合成物的溢出。
超聲波焊接質(zhì)量獲得原因:
1.材質(zhì)
2.上下表面的位置和松緊度
3.焊頭與塑料件的妝觸面
4.順暢的焊接路徑
5.塑料件的結(jié)構(gòu)
6.焊接線的位置和設(shè)計(jì)
7.焊接面的大小
8.底模的支持
為了獲得完美的、可重復(fù)的超聲波熔焊方式,必須遵循三個(gè)主要設(shè)計(jì)方向:
1.圍繞著連接界面的焊接面必須是統(tǒng)一而且相聯(lián)系互緊密接觸的。如果可能
3、的話,接觸面盡量在同一個(gè)平面上,這樣可使能量轉(zhuǎn)換時(shí)保持一致。
2.最初接觸的兩個(gè)表面必須小,以便將所需能量集中,并盡量減少所需要的總能量(即焊接時(shí)間)來(lái)完成熔接。
3.找到適合的固定和對(duì)齊的方法,如塑料件的接插孔、臺(tái)階或齒口之類(lèi)。
下面就對(duì)超聲波塑料件設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)舉例說(shuō)明:
超聲波整體塑料件的結(jié)構(gòu)
1.1塑料件的結(jié)構(gòu)
塑料件必須有一定的剛性及足夠的壁厚,太薄的壁厚有一定的危險(xiǎn)性,超聲波焊接時(shí)是需要加壓的,一般氣壓為2-6kgf/cm2 。所以塑料件必須保證在加壓情況下基本不變形。
1.2罐狀或箱形塑料等,在其接觸焊頭的表面會(huì)引起共振而形成一些集中的
4、能量聚集點(diǎn),從而產(chǎn)生燒傷、穿孔的情況(如圖1所示),在設(shè)計(jì)時(shí)可以罐狀頂部做如下考慮
○1 加厚塑料件
○2 增加加強(qiáng)筋
○3 焊頭中間位置避空
1.3尖角
如果一個(gè)注塑出來(lái)的零件出現(xiàn)應(yīng)力非常集中的情況,比如尖角位,在超聲波的作用下會(huì)產(chǎn)生折裂、融化。這種情況可考慮在尖角位加R角。如圖2所示。
1.4塑料件的附屬物
注塑件內(nèi)部或外部表面附帶的突出或細(xì)小件會(huì)因超聲波振動(dòng)產(chǎn)生影響而斷裂或脫落,例如固定梢等(如圖3所示)。通過(guò)以下設(shè)計(jì)可盡可能減小或消除這種問(wèn)題:
○1 在附屬物與主體相交的地方加一個(gè)大的R角,或加加強(qiáng)筋。
○2 增加附屬物的厚度或
5、直徑。
1.5塑料件孔和間隙
如被焊頭接觸的零件有孔或其它開(kāi)口,則在超聲波傳遞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生干擾和衰減(如圖4所示),根據(jù)材料類(lèi)型(尤其是半晶體材料)和孔大小,在開(kāi)口的下端會(huì)直接出現(xiàn)少量焊接或完全熔不到的情況,因此要盡量預(yù)以避免。
1.6塑料件中薄而彎曲的傳遞結(jié)構(gòu)
被焊頭接觸的塑件的形狀中,如果有薄而彎曲的結(jié)構(gòu),而且需要用來(lái)傳達(dá)室遞超聲波能量的時(shí)候,特別對(duì)于半晶體材料,超聲波震動(dòng)很難傳遞到加工面(如圖5所示),對(duì)這種設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免。
1.7近距離和遠(yuǎn)距離焊接
近距離焊接指被焊接位距離焊頭接觸位在6mm以?xún)?nèi),遠(yuǎn)距離焊接則大于6mm,超聲波焊接中的能量在塑料件傳遞
6、時(shí)會(huì)被衰減地傳遞。衰減在低硬底塑料里也較厲害,因此,設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意要讓足夠的能量傳到加工區(qū)域。
遠(yuǎn)距離焊接,對(duì)硬膠(如PS,ABS,AS,PMMA)等比較適合,一些半晶體塑料(如POM,PETP,PBTB,PA)通過(guò)合適的形狀設(shè)計(jì)也可用于遠(yuǎn)距離焊接。
1.8塑料件焊頭接觸面的設(shè)計(jì)
注塑件可以設(shè)計(jì)成任何形狀,但是超聲波焊頭并不能隨意制作。形狀、長(zhǎng)短均可能影響焊頭頻率、振幅等參數(shù)。焊頭的設(shè)計(jì)需要有一個(gè)基準(zhǔn)面,即按照其工作頻率決定的基準(zhǔn)頻率面。基準(zhǔn)頻率面一般占到焊頭表面的70%以上的面積,所以,注塑件表面的突超等形狀最好小于整個(gè)塑料面的30%。一滑、圓弧過(guò)渡的塑料件表面,則比標(biāo)準(zhǔn)
7、可以適當(dāng)放寬,且突出位盡量位于塑料件的中部或?qū)ΨQ(chēng)設(shè)計(jì)。
塑料件焊頭接觸面至少大于熔接面,且盡量對(duì)正焊接位,過(guò)小的焊頭接觸面(如圖6所示),會(huì)引起較大損傷和變形,以及不理想的熔接效果。
在焊頭表面有損傷紋,或其形狀與塑料件配合有少許差異的情況下,焊接時(shí),會(huì)在塑料件表面留下傷痕。避免方法是:在焊頭與塑料件表面之間墊薄膜(例如PE膜等)。
焊接線的設(shè)計(jì)
2 超聲波焊接線的設(shè)計(jì)
超聲波焊接線是超聲波直接作用熔化的部分,其基本的兩種設(shè)計(jì)方式:
○1 能量導(dǎo)向
○2 剪切設(shè)計(jì)
2.1能量導(dǎo)向
能量導(dǎo)向是一種典型的在將被子焊接的一個(gè)面注塑出突超三角形柱,
8、能量導(dǎo)向的基本功能是:集中能量,使其快速軟化和熔化接觸面。能量導(dǎo)向允許快速焊接,同時(shí)獲得最大的力度,在這種導(dǎo)向中,其材料大部分流向接觸面,能量導(dǎo)向是非晶態(tài)材料中最常用的方法。
能量導(dǎo)向柱的大小和位置取決于如下幾點(diǎn):
○1 材料
○2 塑料件結(jié)構(gòu)
○3 使用要求
圖7所示為能量導(dǎo)向柱的典型尺寸,當(dāng)使用較易焊接的材料,如聚苯乙烯等硬度高、熔點(diǎn)低的材料時(shí),建議高度最低為0.25mm。當(dāng)材料為半晶體材料或高溫混合樹(shù)脂時(shí)(如聚乙碳),則高度至少要為0.5mm,當(dāng)用能量導(dǎo)向來(lái)焊接半晶體樹(shù)脂時(shí)(如乙縮荃、尼龍),最大的連接力主要從能量柱的底盤(pán)寬帶度來(lái)獲得。
沒(méi)有規(guī)則說(shuō)明能
9、量導(dǎo)向應(yīng)做在塑料件哪一面,特殊情況要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定,當(dāng)兩個(gè)塑料件材質(zhì),強(qiáng)度不同時(shí),能量導(dǎo)向一般設(shè)置在熔點(diǎn)高和強(qiáng)度低的一面。
根據(jù)塑料件要求(例如水密、氣密性、強(qiáng)度等),能量導(dǎo)向設(shè)計(jì)可以組合、分段設(shè)計(jì),例如:只是需要一定的強(qiáng)度的情況下,分段能量導(dǎo)向經(jīng)常采用(例如手機(jī)電池等),如圖8所示。
2.2能量導(dǎo)向設(shè)計(jì)中對(duì)位方式的設(shè)計(jì)
上下塑料件在焊接過(guò)程中都要保證對(duì)位準(zhǔn)確,限位高度一般不低于1mm,上下塑料平行檢動(dòng)位必須很小,一般小于0.05mm,基本的能量導(dǎo)向可合并為連接設(shè)計(jì),而不是簡(jiǎn)單的對(duì)接,包括對(duì)位方式,采用能量導(dǎo)向的不同連接設(shè)計(jì)的例子包括以下幾種:
插銷(xiāo)定位:圖9所示為基本的插
10、銷(xiāo)定位方式,插銷(xiāo)定位中應(yīng)保證插銷(xiāo)件的強(qiáng)度,防此超聲波震斷。
臺(tái)階定位:圖10所示為基本的臺(tái)階定位方式,如h大于焊線的高度,則會(huì)在塑料件外部形成一條裝飾線,一般裝飾線的大小為0.25mm左右,創(chuàng)出更吸引人的外觀,而兩個(gè)零件之間的差異就不易發(fā)現(xiàn)。
圖11所示臺(tái)階定位,則可能產(chǎn)生外溢料。圖12所示臺(tái)階定位,則可能產(chǎn)生內(nèi)溢料。圖13所示臺(tái)階定位為雙面定位,可防止內(nèi)外溢料。
○1 企口定位:如圖14所示,采用這種設(shè)計(jì)的好處是防止內(nèi)外溢料,并提供校準(zhǔn),材料容易有加強(qiáng)密封性的獲得,但這種方法要求保證凸出零件的斜位縫隙,因此使零件更難能可貴于注塑,同時(shí),減小于焊接面,強(qiáng)度不如直接完全對(duì)接。
11、
○2 底模定痊:如圖15所示,采用這種設(shè)計(jì),塑料件的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單,但對(duì)底模要求高,通常會(huì)引致塑料件的平行移位,同時(shí)底模固定太緊會(huì)影響生產(chǎn)效果。
○3 焊頭加底模定位:如圖16所示,采用這種設(shè)計(jì)一般用于特殊情況,并不實(shí)用及常用。
○4 其它情況:
A:如圖17所示,為大型塑料件可用的一種方式,應(yīng)注意的是下支撐模具必須支撐住凸緣,上塑料件凸緣必須接觸焊頭,上塑料件的上表面離凸緣不能太遠(yuǎn),如必要情況下,可采用多焊頭結(jié)構(gòu)。
B:如連接中采用能量導(dǎo)向,且將兩個(gè)焊面注成磨砂表面,可增加摩擦和控制熔化,改善整個(gè)焊接的質(zhì)量和力度,通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。
12、 C:在焊接不易熔接的樹(shù)脂或不規(guī)則形狀時(shí),為了獲得密封效果,則有必要插入一個(gè)密封圈,如圖18所示,需要注意的是密封圈只壓在焊接末端。圖19所示為薄壁零件的焊接,比如熱成形的硬紙板(帶塑料涂層),與一個(gè)塑料蓋的焊接。
2.3剪切式設(shè)計(jì)
在半晶體塑料(如尼龍、乙縮醛、聚丙烯、聚乙烯和熱塑聚脂)的熔接中,采用能量導(dǎo)向的連接設(shè)計(jì)也許達(dá)不到理想的效果,這是因?yàn)榘刖w的樹(shù)脂會(huì)很快從固態(tài)轉(zhuǎn)變成融化狀態(tài),或者說(shuō)從融化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。而且是經(jīng)過(guò)一個(gè)相對(duì)狹窄的溫度范圍,從能量導(dǎo)向柱流出的融化物在還沒(méi)與相接界面融合時(shí),又將很快再固化。因此,在這種情況下,只要幾何原理允許,我們推薦使用剪切連接的結(jié)構(gòu)。
13、
采用剪切連接的設(shè)計(jì),首先是熔化小的和最初觸的區(qū)域來(lái)完成焊接,然后當(dāng)零件嵌入到下起時(shí),繼續(xù)沿著其垂直壁,用受控的接觸面來(lái)融化。如圖20所示,這樣可能性獲得強(qiáng)勁結(jié)構(gòu)或很好的密封效果,因?yàn)榻缑娴娜刍瘏^(qū)域不會(huì)讓周?chē)目諝膺M(jìn)來(lái)。由于此原因,剪切連接尤其對(duì)半晶體樹(shù)脂非常有用。
剪切連接的熔接深度是可以調(diào)節(jié)的,深度不同所獲得的強(qiáng)度不同,熔接深度一般建議為0.8-1.5mm,當(dāng)塑件壁厚及較厚及強(qiáng)度要求高時(shí),熔接深度建議為1.25X壁厚。
圖21所示為幾種基本的剪切式結(jié)構(gòu):
剪切連接要求一個(gè)塑料壁面有足夠強(qiáng)度能支持及防止焊接中的偏差,有需要時(shí),底模的支撐高于焊接位,提供輔助的支撐。
14、 下表所示為零件大小尺寸和接觸面、零件誤差的大概尺寸:
零件最大尺寸 接觸面尺寸 零件尺寸允許誤差
<18mm 0.2mm-0.3mm 0.025mm
18mm-35mm 0.3mm-0.4mm 0.05mm
>35mm 0.4mm-0.6mm 0.075mm
當(dāng)零件尺寸大于90mm時(shí),或零件有不規(guī)則的形狀時(shí),建議不采用剪切連接。這時(shí)因?yàn)樽⑺軙r(shí)很難控制誤差及變形使其保持一致。如果是上述情況,建議采用能量導(dǎo)向的形式。
圖22所示為雙面剪切式設(shè)計(jì)
圖23所示為扣式焊線設(shè)計(jì),用于高強(qiáng)度,但上下塑料件不接觸的情況下,在特殊情況下,可用于增加密封圈的情況。
15、 關(guān)于更多詳情:超聲波焊接件的工藝設(shè)計(jì),歡迎來(lái)電與我們交流!
超聲波焊接有哪些焊接參數(shù)?如何選擇?
發(fā)布于:2012-5-20 11:16:14
超聲波焊接的主要焊接參數(shù)有:需用功率、振動(dòng)頻率、靜壓力及焊接時(shí)間。
(1)需用功率 取決于焊件厚度和硬度,可由下式確定:
P=KH3/2δ3/2
式中P--需用功率(W);
K--系數(shù),取決于焊件厚度和硬度,見(jiàn)圖2 - 48。
S--焊件厚度(mm);
H--焊件硬度(HV)。
鑒于超聲功率的
16、測(cè)量難度很大,實(shí)用上均以振幅來(lái)表示功率的大小,如下式所示:
P=μSFυ = Msf2Aω/π = 4μSFAf
式中P--超聲功率(W);
F--靜壓力(N);
S--焊點(diǎn)面積(mm2);
v--相對(duì)速度(m/min);
A--振幅(μm);
μ--摩擦系數(shù);
ω--角頻率(ω=2πf);
f--振動(dòng)頻率(kHz)。
(2)振動(dòng)頻率 超聲波諧振頻率取決于焊件厚度和其物理性能。薄件宜用高頻(可高達(dá)80kHz),厚件及硬度與屈服點(diǎn)較低的材料宜用較低頻率,如16一20kHz。16kHz以下因出現(xiàn)噪聲而很少應(yīng)用。
(3)振幅 調(diào)節(jié)發(fā)生器的功率輸出可調(diào)節(jié)振幅大小,常用振幅為5-25μm。由于焊接過(guò)程中負(fù)載變化很大,可能出現(xiàn)失諧現(xiàn)象,導(dǎo)致接頭強(qiáng)度降低和不穩(wěn)定,故維持聲學(xué)系統(tǒng)的諧振穩(wěn)定性乃是焊點(diǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性的基本保證。
(4)靜壓力靜壓力是直接影響功率輸出及焊件變形條件的重要因素,其大小取決于焊件厚度與硬度。一般選擇最小可用功率時(shí)的靜壓力和比最小可用功率稍高的功率進(jìn)行焊接。
通常為確定各參數(shù)的相互影響,可以以繪制臨界曲線來(lái)判斷.如圖2-49所示。