超聲波焊接機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)資料-資料下載頁(yè)
2025-10-19 09:31本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】我們知道正確的波的物理定義是：振動(dòng)在物體中的傳遞形成波。這樣波的形成必須有兩個(gè)條件：一是振動(dòng)源，二是傳播介質(zhì)。播方向一致時(shí)，稱為縱波。低于這個(gè)范圍的波叫做次聲波，超過(guò)這個(gè)范圍的波叫超聲波。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅。氣動(dòng)部分主要作用是在加工過(guò)程中完成加壓、保壓等壓力工作需要。換能器部分是將發(fā)生器產(chǎn)生的高壓電波轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)，經(jīng)過(guò)傳遞、放大、達(dá)到加工表面。3．換能器部分由三部分組成：換能器；增幅器；焊頭（又稱焊模，磁致伸縮效應(yīng)在早期的超聲波應(yīng)用中較常使用，其優(yōu)點(diǎn)是可做的。壓電陶瓷換能器是用兩個(gè)金屬的前后負(fù)載塊將壓電陶瓷夾在中間，通過(guò)螺桿緊密連接而制成的。通常的換能器輸出的振幅為10μm左右。換能器、變幅桿、焊頭均設(shè)計(jì)為所工作的超聲頻率的半波長(zhǎng)，所以它們的尺寸和形狀均要經(jīng)過(guò)特別的設(shè)計(jì)；任何的改動(dòng)均可能
【正文】 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。 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，即按照其工件頻率決定的基準(zhǔn)頻率面?；鶞?zhǔn)頻率面一般占到焊頭表面的 70%以上的面積，所以，注塑件表面的突起等形狀最好小于整個(gè)塑料而后 30%。平滑、圓弧過(guò)渡的塑料件表面，則此標(biāo)準(zhǔn)可以適當(dāng)放寬。且突出位盡量位于塑料件的中部或?qū)ΨQ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)引起較大的損傷和變形，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，焊接進(jìn)，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）。 圖 6 2 焊接線的設(shè)計(jì) 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) 所有其它的變化都可歸類(lèi)于這兩種類(lèi)型或混和類(lèi)型。 能量導(dǎo)向 能量導(dǎo)向是一種典型的在將被焊接的一個(gè)面注塑出突起三角形柱。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，其材料在部分流向接觸面。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，如聚苯乙稀等硬度高、熔點(diǎn)低的材料時(shí)，建議高度最低為 。當(dāng)材料為半晶體材料或高溫混合脂時(shí)（如聚乙碳），則高度至少要為 。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導(dǎo)向柱的底盤(pán)寬度來(lái)獲得。 圖 7 沒(méi)有規(guī)則說(shuō)明能量導(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)塑料件村質(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。 圖 8 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，上下塑料平行松動(dòng)位必須很小，一般小于 ?；镜哪芰繉?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)后例子包括以下幾種： 插銷(xiāo)定位：圖 9 所示為基本的插銷(xiāo)定 位方式，插銷(xiāo)定位中應(yīng)保證插銷(xiāo)件的強(qiáng)度，防止超聲波震斷。 圖 9 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 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。 企口定位：如圖 14 所示（見(jiàn)上頁(yè)），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，因此使零件更難于注塑，同時(shí)，減小了焊接面，強(qiáng)度不如直接完全對(duì)接。 底模定位：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)效率。 圖 15 圖 16 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。 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 。 圖 17 圖 18 圖 19 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。 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)。 采用剪切連接的設(shè)計(jì)，首先是熔化小的和最初接觸的區(qū)域來(lái)完成焊接，然后當(dāng)零件 嵌入到一起時(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。 圖 20 圖 21 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 。當(dāng)塑料件壁厚較厚及強(qiáng)度要求高時(shí)，熔接深度建議為 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。 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 177。 18mm35mm 177。 ＞ 35mm 177。 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。這是因?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。 圖 22 圖 23 焊頭設(shè)計(jì) 本公司有專(zhuān)業(yè)工程師為顧客設(shè)計(jì)各類(lèi)型超聲波焊頭，提供專(zhuān)業(yè)技術(shù)指導(dǎo)及維修服務(wù)，以及解決一切熔接難題。同時(shí)，更騁有專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師為閣下設(shè)計(jì)特定之自動(dòng)化超聲波熔接機(jī)，以應(yīng)顧客不同之生產(chǎn)需求。 設(shè) 計(jì)工件熔接線圖解
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