业务咨询 点击这里给我发消息

技术咨询 点击这里给我发消息

业务咨询电话
蒋经理:13926528400
任小姐:15626568863

技术咨询电话
罗工:18682157361

产品

业务咨询 点击这里给我发消息

技术咨询 点击这里给我发消息

业务咨询电话
蒋经理:13926528400
任小姐:15626568863

技术咨询电话
罗工:18682157361

超声波焊接线的设计

超声波焊接线的设计

塑料超声波焊接线设计

一.前言

  超声波焊接技术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。由分子间的摩採产生热量,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。    

超声波振动系统的振动变形过程

图1   超声波振动系统的振动变形过程

       



                                          各种频率超声波焊接振幅推荐

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,必须注意这些同題,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、 選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側面的配合公差;

(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


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,以改善振荡体和換能器的振荡波特性。、

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。

超声波远程焊接和超声波近程焊接

    远距离焊接和近距离焊接


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 )这样可選免该区域材料集中,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。

超声波熔接线设计

         尽量避免熔接线直角过度


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波传递头使焊接件两个焊接面对准,这样在焊接时就能有正确的导向(图7左) 。另一种对准中心的方法是用销钉插入圓孔中(图7中) 。这些方法都有不需改动模具增加成本的优点。

             超声波熔接线设计超声波熔接线设计



  当焊接件的公差较大时,可用焊接件自身定位对准中心(图7右) 。但这在焊接紧固零件和薄壁连接件时就会引起麻频。根据材料性质,只有低强度无预装配的焊接件才能采用该种方法。但采用这种方法后, 任何渗漏性材料都可改善其渗漏性。


四.阶梯接口

  阶梯接口的焊接较容易,光学透明度好,强度和紧密度也较高(图8) 。焊接件自身还可起对准作用  如阶梯接口在剪切力和拉力作用点处效果更佳。 如果焊接口外表被一圏环形凸肩所覆盖,那么由于焊接引起的不平整就会被掩盖,且焊接处的光学性能也可改善(8中)

超声波焊接线


  因为被焊接的塑件总有一定的公差, 所以必须避免焊接导向部分平面接触 。 否则会引起无法预料的汽泡。当焊接面需要有较高尺寸精度时,外形上可增力间隔的凸键 (国8右) 。这种方法可使焊接件正确对准中心, 不会发生移动。即使有较大的间隙,不需要对工件进行修整,也可保证被焊接件在重复焊接时的整洁外观 。

5.榫舌和凹槽焊接

  榫舌和凹槽焊接(图9 )能确保具有最接强度。接时,表面张力使樺舌充满凹糟间隙。这种焊接能自身对准中,学性能也较好。 其不足之处是需有较高的配合精度和制件壁部较厚 。 解决的办法是和阶梯焊接一样, 使用间隔凸键。

防水型超声波焊接线

6.挤压焊接

  对POM、 PA这类结晶型热塑性料焊接件的温度,需在很小的范围内使材料从固态变到液态,因此要设计一种特殊的接口。在此就不必采用能量引导,因焊接时材料向外溅出就无法控制。

  挤压焊接适宜极薄壁焊接(图10)。采用挤压焊接,一般都可获得紧在的焊缝 。 对较大塑件的焊接也常采用斜面焊接接口(图10右)。在此情况下,焊接时富;.,表面张力只朝上或朝下跑,焊接件不是大面积接触。该设计能不足之处是不容易控知1l焊接件的算接公差,因此就需采用高能量的能量转换器和較高的振幅能量


挤压焊接型超声波焊接结构

  

7.对插焊接

  对插焊接是挤压焊接的一种派生形式适用于细长圆形件的焊接,这样可以避免产生不同的形状的焊接口。

焊接时对插焊接的插口可起定位作用。一件插在另一件塑料下点或孔中(图11),这样就有很高的强度,无飞出材料。对插焊接所需焊接能量小,焊接时间短。

8.点焊          

  在点焊中, 接件相接蝕, 接缝线不经过预处理, 也不要能量导 。 声波递头顶端穿焊接件进入下片焊接件, 使焊接件触部分的材料塑化(图12) 。 移动自塑料向流动并被固声波焊接头面环圈内 。


深圳市红日超声波设备有限公司
SHENZHEN HONGRI ULTRASONIC EQUIPENT CO.,LTD.

深圳市龙岗区联和工业区一区二号
0755-28956285
 13926528400
添加下图微信,长期提供技术支持
<