超聲波塑料焊接介紹

2013-05-20 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

摘要:超聲波塑料焊接技術(shù)是一種新穎的工藝技術(shù)。

當(dāng)代社會,塑料的各種制品,已滲透到人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)領(lǐng)域,同時(shí)也被廣泛應(yīng)用到航空、船舶、汽車、玩具、電子等行業(yè)。然而,由于注塑工藝等因素的限制,在相當(dāng)一部分形狀復(fù)雜的塑料制品不能一次注塑成型,這就需要粘接,而沿用多年的塑料粘接和熱合工藝又相當(dāng)落后,不僅效率低,且粘接劑還有一定的毒性,引起環(huán)境污染和勞動(dòng)保護(hù)等問題。傳統(tǒng)的這種工藝已不能適用現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展需要,于是一種新穎的塑料加工技術(shù)——超聲波塑料焊接以其高效、優(yōu)質(zhì)、美觀、節(jié)能等優(yōu)越性脫穎而出。

超聲波塑料焊接機(jī)在焊接塑料制品時(shí),即不要填加任何粘接劑、填料或溶劑,也不消耗大量熱源,具有操作簡便、焊接速度快、焊接強(qiáng)度高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。因此,超聲波焊接技術(shù)越來越廣泛地獲得應(yīng)用。

一、超聲波塑料焊接機(jī)的工作原理。

當(dāng)超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時(shí),會產(chǎn)生每秒幾萬次的高頻振動(dòng),這種達(dá)到一定振幅的高頻振動(dòng),通過上焊件把超聲能量傳送到焊區(qū),由于焊區(qū)即兩個(gè)焊接的交界面處聲阻大,因此會產(chǎn)生局部高溫。又由于塑料導(dǎo)熱性差,一時(shí)還不能及時(shí)散發(fā),聚集在焊區(qū),致使兩個(gè)塑料的接觸面迅速熔化,加上一定壓力后,使其融合成一體。當(dāng)超聲波停止作用后,讓壓力持續(xù)幾秒鐘,使其凝固成型,這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈,達(dá)到焊接的目的,焊接強(qiáng)度能接近于原材料強(qiáng)度。超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅,所加壓力及焊接時(shí)間等三個(gè)因素,焊接時(shí)間和焊頭壓力是可以調(diào)節(jié)的,振幅由換能器和變幅桿決定。這三個(gè)量相互用有個(gè)適宜值,能量超過適宜值時(shí),塑料的熔解量就大,焊接物易變形;若能量小,則不易焊牢,所加的壓力也不能達(dá)大。這個(gè)最佳壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的最佳壓力之積。

二、超聲波塑料焊接的方法

1、熔接法超聲波振動(dòng)隨焊頭將超聲波傳導(dǎo)至焊件,由于兩焊件處聲阻大,因此產(chǎn)生局部高溫,使焊件交界面熔化。在一定壓力下,使兩焊件達(dá)到美觀、快速、堅(jiān)固的熔接效果。

2、埋插法螺母或其它金屬欲插入塑料工件。首先將超聲波傳至金屬,經(jīng)高速振動(dòng),使金屬物直接埋入成型塑膠內(nèi),同時(shí)將塑膠熔化,其固化后完成埋插。

3、鉚接法欲將金屬和塑料或兩塊性質(zhì)不同的塑料接合起來,可利用超聲波鉚接法,使焊件不易脆化、美觀、堅(jiān)固。

4、點(diǎn)焊法利用小型焊頭將兩件大型塑料制品分點(diǎn)焊接,或整排齒狀的焊頭直接壓于兩件塑料工件上,從而達(dá)到點(diǎn)焊的效果。

5、成型法利用超聲波將塑料工件瞬間熔化成型,當(dāng)塑料凝固時(shí)可使金屬或其它材質(zhì)的塑料牢固。

6、切除法利用焊頭及底座的特別設(shè)計(jì)方式,當(dāng)塑料工件剛射出時(shí),直接壓于塑料的枝干上,通過超聲波傳導(dǎo)達(dá)到切除的效果。

三、起聲波塑料焊接機(jī)的組成及其作用

超聲波塑料焊接機(jī)由氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、超聲波發(fā)生器、換能器及工具頭和機(jī)械裝置等組成。

1、氣動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)

包括有:過滹器、減壓閥、油霧器、換向器、節(jié)流閥、氣缸等。

工作時(shí)首先由空壓機(jī)驅(qū)動(dòng)沖程氣缸,以帶動(dòng)超聲換能器振動(dòng)系統(tǒng)上下移動(dòng),動(dòng)力氣壓在中小功率的超聲波焊接中氣壓根據(jù)焊接需要調(diào)定。

2、控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)由時(shí)間繼電器或集成電路時(shí)間定時(shí)器組成。

主要功能是:一是控制氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)工作,使其焊接時(shí)在定時(shí)控制下打開氣路閥門,氣缸加壓使焊頭下降,以一定壓力壓住被焊物件,當(dāng)焊接完后保壓一段時(shí)間,然后控制系統(tǒng)將氣路閥門換向,使焊頭回升復(fù)位;二是控制超聲波發(fā)生器工作時(shí)間,本系統(tǒng)使整個(gè)焊接過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,操作時(shí)只啟動(dòng)按鈕產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖,便能自動(dòng)地完在本次焊接全過程。整個(gè)控制系統(tǒng)的順序是:電源啟動(dòng)一觸發(fā)控制信號氣壓傳動(dòng)系統(tǒng),氣缸加壓焊頭下降并壓住焊觸發(fā)超聲發(fā)生器工作,發(fā)射超聲并保持一定焊接時(shí)間去除超聲發(fā)射繼續(xù)保持一定壓力時(shí)間退壓,焊頭回升焊接結(jié)束。

3、超聲波發(fā)生器

1) 功率較大的超聲波塑料焊接機(jī),發(fā)生器信號采用鎖相式頻率自動(dòng)跟蹤電路,使發(fā)生器輸出的頻率基本上與換能器諧振頻率一致。

2) 功率在500W以上的超聲波塑料焊接機(jī)所用發(fā)生器采用自激式功率振蕩器,也具有一定的頻率跟蹤能力。

4、超聲波塑料焊接機(jī)使用的聲學(xué)系統(tǒng)

1) 換能器

超聲波塑料焊接機(jī)用的聲學(xué)系統(tǒng)包括三個(gè)部分:1驅(qū)動(dòng)部分2固定部分3工作部分。在以上三個(gè)組成部分中,驅(qū)動(dòng)是核心,一般采用螺栓夾緊的縱向振動(dòng)換能器,其中半波長縱向振子與四分之一的波長縱向振子,半波長縱向振與半波長聚能器相連接組成一個(gè)全波長塑料焊接換能器,而四分之一波長縱向振子與四分之一波長聚能器相連,組成一個(gè)半波長換能器。

2) 工具頭

對不同的焊接對象需要有不同工具頭,不管是近場焊接還是傳輸焊接,只有半波長的工具頭才能使焊接端面達(dá)到最大的振幅。工具頭,有帶振幅放大的和不帶振幅放大的兩種,塑料焊接機(jī)用聲學(xué)系統(tǒng)工具頭,所用材料通常為鋁合金,其端面鍍硬質(zhì)合金,功率較大時(shí)也有用鈦合金材料制成的,該材料疲勞強(qiáng)度比鋁合金高一倍多。

四、超聲波塑料焊接機(jī)的型號和規(guī)格

超聲波塑料焊接機(jī)由于使用場合及焊接材料不同,焊接尺寸大小不一樣,其規(guī)格也是各式各樣的。其輸出功率從手工焊接機(jī)的幾十瓦到大型機(jī)的幾千瓦頻率一般在15KHz到40KHz范圍內(nèi)。

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