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塑胶超声焊接设计方法和应用.doc

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塑胶 超声 焊接 设计 方法 应用
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塑胶超声焊接设计方法和应用 在众多的产品 中,塑 料的 焊接用的 可是不 少,而 且焊 接方式也 是多式 多样。 首先一起来 大约了 解下, 目前常用 的各种 零件焊 接方 式(实际 上有些 我也不 曾亲 自用过) 1 .超声波焊接 2 ,振动 焊接 3 ,旋转焊接 4 ,热板焊接 5 .感应焊接 6 ,接触电阻焊接 7 ,热气 焊接 8 ,挤出焊接 但超声波焊 接和旋 转焊接 是我们实 际中在 塑胶产 品上 应用的最 多, 最 广泛的 。 接 下来只就 针对这 两种焊 接工 艺做讲述 。 其 它的焊接 工艺, 有兴趣 的朋 友可以自 已找资 料学习 研究 和是私下 找我商 讨也行 。 首先 ,我 们一 定要 真正 弄清 焊接 的原 理, 只有 这样 ,才 能设 计出 好的 焊接 结构 ,才 能在 这种 结构上 成为 真正 的 工程师 ,不 然你的所 谓经验 和资料 ,都 将成为你 的绊脚 石。 一, 焊接的 原理: 几乎所有 的焊接 ,都是 将两 焊接零件 的焊接 端面分 子产 生运动, 使它们 相互扩 散, 相互缠结 。达到 相互连 接的 目的。 如我们的 超声波 焊接就 是利 用焊头的 高频振 动, 使两 焊接 零件高频 磨擦, 将机械 能转 化为热能 , 热能 将两焊 接面 的分子溶 解, 恢复其活 性,然 后在外 作用 力的辅助 下,分 子相互 缠结 来达到焊 接目的 , 而我们通 常用的 502 胶水, 或是其它 粘接剂 ,胶水 本是 一种高腐 蚀的液 体,它 将焊 接面的分 子膨涨 ,恢复 其活 性,然后 在 外作用力 的辅助 下,分 子相 互缠结来 达到焊 接目的 。其 实不难明 白。焊 接就是 一个 让分子相 互缠结 的过程 。 二, 超声焊 接剖析 : 2.1: 超声波焊接设 备,相 信 各位都有 见过, 还是再 来哆 嗦一下。 如图: [ 本帖最后由 不怕 于 2007-9-13 08:24 编辑 ] == 更多精彩 ,源自 无维网 (www.5dcad.cn ) 由上图我 们不难 明白, 超声 焊的焊接 原理: 1, 输入低频电 - ? --- ?2. 通 过电源 箱变频 ,转换 成高频电 输出> 3. 通 过 变 压 器装 置 将 高 电 频信 号 转 换 成 机 械 振 动 。 原 理就 和 电 铃 一 样 , 都 是 电 磁 场的 高 频 切 换 来 实 现 , 这 个 就是 我 们 所 谓 的超声了 。- ? --- ?4. 通 过振幅 变压器 整合振 幅> --- ?5. 输 出能量 ,将焊 头引至 高频振动> --- ?6. 焊 头将塑 胶零件 高频摩 擦,产生 热能。 使塑胶 熔化 。> 7. 风压装置同 时下压 运动. 将 两零件融 合在一 起,然 后冷 却,达到 粘结目 的。 接下来着 重讲下 超声装 备各 部件的基 本参数 : 通过电源 箱变频 后,其 输出 频率通常 在 20~50kHZ 之间 ,(20kHZ 最常用) 其 振幅通 常在 15~60um. 也 有时候 会 将其频率 调成 15Khz. 这种声频 率适合 用来 超声较大 制件或 是较软 的材 料, 如大 型的 PP 材料外壳 等。 一但 将超声 将塑胶 局部 熔化后, 超声会立即停 止,通 常这个 超声 过程会在 0.5~1.5S 内完成。 另外一个 要了解 的是焊 头的 材料选择 : 总体 上来 讲, 如果 是用 来超 声塑 胶, 我们 一般 一般 选用 质量 较轻 ,强 度较 好, 高耐 摩擦 ,超 声传导 较优 秀的 金 属材料 来制 作。如我 们通常 用的有 ,钛 ,铝,或 是其它 合金。 如果是用 来作金 属+ 塑胶 嵌 件超声, ( 可参考 我的嵌 件设 计教程: http://www.5dcad.cn/bbs/thread-9248-1-2.html) 通常我们 选用 热处理钢 就好。 三,超声 波焊接 头设计 对于像 ABS ,PC,HIPS 等易 于超声熔 接焊的 塑胶, 其接 头形式通 常设计 成以下 几种 ( 设计方案一) 像这种接头 的设计 是不适 合用来做 超声熔 接焊接 的, 它需要很 长的焊 接时间 , 很 大的焊接 能量, 而且焊 完后 周边还有 熔胶 会溢出, 影响产 品外观 。 ( 设计方案二) 如左图改 进后的 超声线 设计 , 通常我们 做成一 条三角 形 的小骨, 这 样会减 小焊接 能 量和时间, ( 在 学术界 用专业 的语言来 讲, 这种小三 角骨称 为能量 导向 器) 但是仍然 会有小 部分溢 料,影响 外观。 ( 设计方案三) 通常为了 防止溢 胶影响 外观 ,我们要 做成如 左图形 式, 将超声线 做在止 口内, 防止 塑胶熔体 溢出。 ( 设计方案四) 当产 品壁 厚不 够, 不能 做止 口结 构时 ,为 了防 止塑 胶熔 体溢 出影 响外 观, 通常 我们 将产 品结 构做成 如左 图 , 做 一个溢 料收集器来防 止不不 良现像 ( 设计方案五) 有经 验的 工程 师应 该都 知道 ,没 有美 工线 的产 品在 装配 变形 后极 易引 起上 下盖 错位 ,从 而导 致刮手 。超 声也 是 一样, 也有 错位的机 率,为 了防止 有刮 手现像, 最好还 是做一 点美 工线在上 面。 == 更多精彩 ,源自 无维网 (www.5dcad.cn ) 介绍 完了 超声 熔接 焊的 超声 接头 形式 ,大 家一 定在 想, 那么 超声 线的 具体 参数 要怎 么设 计才 合理呢 ?实 际上 超 声线的 参数 与其被超 声零件 和材质 与其 体积大小 有一定 的关系 。通 常我是这 样来设 计的, 见下 表(仅供 参考) 止口的设 计参数 通常如 下图 : 有时为了 增加超 声波焊 接强 度,我们 也可以 在超声 面上 做一些纹 理,用 来做超 声强 度改良, 如图: [ 本帖最后由 不怕 于 2007-9-13 09:02 编辑 ] 有经验的 工程师 可能也 知道 ,用超声 波焊接 完后有 时候 会出现 Gap 不均 匀的现 像 ,就是有 些地方 的 Gap 大 ,有些地 方的 Gap 小,导致产 品十分 丑陋 ,如下图 实例: 为什 么会 出现 这一 情况 呢? 我们 在设 计上 该如 何防 止呢 ?首 先我 们假 设在 超声 波加 工设 备上 是没有 问题 的, 那 么我们 要在 设计上来 解决这 一现象 。一 起来分析~~ 不良原因 一:超 声线的 设计 不良。如 图~ 不良原因 二: 超声零 件的材 质不同 , 在超 声焊接 中, 两 被超声的 零件尽 可能使 用相 同的材料 。 如 像 PA, 它就只 能与 PA 相互 超声连接 。POM, 只能 与 POM 相互 超声。 使用不 同的材 料相互超 声,更 严重的 会有 根本无法 焊接的 现象。 相对 来讲,半 结 晶塑胶比 较容易 出现不 易超 声或是超 声不良 。 如果说因 产品需 求,我 们一 定要用两 种不同 的材料 来进 行超声波 焊接, 建议将 超声 结构做成 机械互 锁式, 如下 图 不良原因 三:超 声零件 过于 潮湿或是 零件内 掺有玻 纤或 是其它阻 燃剂等 化学成 分, 也会导致 超困难 或是不 良现 像 [ 本帖最后由 不怕 于 2007-9-13 08:39 编辑 ] == 更多精彩 ,源自 无维网 (www.5dcad.cn ) 接下来就 是大家 比 较关 心的 超声线位 置与超 声质量 之间 的关系,TONY 版 也有 提过 此问题, 一起来 回顾下 这是当年 TONY 版 提过的 , 请问是 A 超 声质量 好还是 B 好。 两者的不 同之处 仅在于 A 将 超声线设 计于上 盖上。B 将 超声线设 计在下 盖上。 不怕的答 案是: 两者超 声效 果一样, 为 什么 这样讲 呢, 且听我细 细道来~~~ 如果 超声 设备 ,超 声线 设计 参数 及两 零件 材料 是相 同的 ,那 么影 响超 声质 量的 就只 有超 声线 与超声 波焊 头之 间 的距离 了。 这个就是 我要讲 的近场 焊与 远场焊。 什么叫近声 焊?什 么叫远 场焊?一 般来说 , 当超 声线 与超声焊 头的距 离小于 6.3mm 时, 我 们称为 近声 焊, 大 于 6.3mm 时, 则称为远 场焊。 如图: 一般来 讲, 像普 通的 塑胶 材料, 超声 线和 焊头 距离 越 近越好 ,那 样更 加容 易产 生 焊接, 但有 些特 殊材 料则 只 能使用 远场 焊来进行 焊接, 如 玻璃, 无 定形材料。 因为使 用近场 焊 容易会合 零件产 生裂纹 或是 其它损坏。 所以就 TONY 那 题我个人 认 为单从其 超声效 果上来 看是 一样的。 没有明 显差别 。 超声熔 接焊 就给 各位 介绍 到这里 了, 相信 各位 还有 听 说过超 声紧 压焊 ,超 声埋 塑 焊,超 声剪 切焊 ,超 声斜 坡 焊等等 ,其 实原 理和 超声 熔接 焊的 原理 差不 多, 只是 在超 声线 结构 及超 声波 能量 上有 些不 同, 在此 ,就 不做介 绍了 ,以 后 有用到 的朋 友,可以 和我私 下交谈~~^^ == 更多精彩 ,源自 无维网 (www.5dcad.cn ) 三: 塑胶的 旋转焊 接 本来是不想 在这里 介绍的 ,但昨天看 到 abspom 网友 在设计齿 轮组时 有犯过 此错 误,大家还 是吸取 一下他 的 经验,避免 后 续工作中 也有类 似低级 错误 发生(http://www.5dcad.cn/bbs/thread-10595-1-2.html) 。 他 的问题如 图: 为什 么他 设计 的齿 轮组 会卡 死呢 ?我 们先 假设 他的 齿轮 组在 参数 方面 没 有 问题 ,实 际上 他的 这个设 计就 是一 个 旋转焊 接装 置。我们 首先来 看一下 旋转 焊接的原 理图: 由上 图我 们不 难明 白旋 转焊 接的 原理 ,它 属于 摩擦 焊接 工艺 ,是 由塑 胶两 接触 面相 互旋 转摩 擦,产 生高 温将 焊 面熔化 ,瞬 间由气动 筒将两 零件压 合在 一起,塑 胶冷却 后,焊 接就 完 成了。 但这种工艺 只用于 环形制 件,且其 精度又 不及超 声波 焊,所以 其用途 很有局 限性 。 再看看 abspom 网 友的齿 轮 组,知道 为什么 会转不 动了 吧^^. 两塑胶 零件反 向相互 受 力摩擦, 不粘在 一起才 怪呢~ 关天焊接, 就介绍 这么多 了 , 水平有限, 还待各 位修正 。 最后希望 会对各 位兄弟 在 产品设计 中在超 声线设 计上 有一些启 发, 也希望各 位兄弟 都成为 工程 师的战斗 机~~
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