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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?很多客戶初步使用超聲波焊接，都會對個(gè)問題不了解，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)來完成熔接。 　　3.找到適合的固定和對齊的方法，如塑料件的接插孔、臺階或齒口之類。 　　下面就對超聲波塑料件設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行分類舉例說明： 　　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)小件會因超聲波振動產(chǎn)生影響而斷裂或脫落，例如固定梢等(如圖3所示)。通過以下設(shè)計(jì)可盡可能減小或消除這種問題： 　　○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口，則在超聲波傳遞過程中會產(chǎn)生干擾和衰減(如圖4所示)，根據(jù)材料類型(尤其是半晶體材料)和孔大小，在開口的下端會直接出現(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)，而且需要用來傳達(dá)室遞超聲波能量的時(shí)候，特別對于半晶體材料，超聲波震動很難傳遞到加工面(如圖5所示)，對這種設(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以內(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?；鶞?zhǔn)頻率面一般占到焊頭表面的70%以上的面積，所以，注塑件表面的突超等形狀最好小于整個(gè)塑料面的30%。一滑、圓弧過渡的塑料件表面，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設(shè)計(jì)。 塑料件焊頭接觸面至少大于熔接面，且盡量對正焊接位，過小的焊頭接觸面(如圖6所示)，會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)向來焊接半晶體樹脂時(shí)(如乙縮荃、尼龍)，最大的連接力主要從能量柱的底盤寬帶度來獲得。 　　沒有規(guī)則說明能

9、量導(dǎo)向應(yīng)做在塑料件哪一面，特殊情況要通過實(shí)驗(yàn)來確定，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)中對位方式的設(shè)計(jì) 　　上下塑料件在焊接過程中都要保證對位準(zhǔn)確，限位高度一般不低于1mm，上下塑料平行檢動位必須很小，一般小于0.05mm，基本的能量導(dǎo)向可合并為連接設(shè)計(jì)，而不是簡單的對接，包括對位方式，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： 插銷定位：圖9所示為基本的插

10、銷定位方式，插銷定位中應(yīng)保證插銷件的強(qiáng)度，防此超聲波震斷。 臺階定位：圖10所示為基本的臺階定位方式，如h大于焊線的高度，則會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所示臺階定位，則可能產(chǎn)生外溢料。圖12所示臺階定位，則可能產(chǎn)生內(nèi)溢料。圖13所示臺階定位為雙面定位，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)變得簡單，但對底模要求高，通常會引致塑料件的平行移位，同時(shí)底模固定太緊會影響生產(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的樹脂會很快從固態(tài)轉(zhuǎn)變成融化狀態(tài)，或者說從融化狀態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。而且是經(jīng)過一個(gè)相對狹窄的溫度范圍，從能量導(dǎo)向柱流出的融化物在還沒與相接界面融合時(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)域不會讓周圍的空氣進(jìn)來。由于此原因，剪切連接尤其對半晶體樹脂非常有用。 　　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，見圖2 - 48。 S--焊件厚度(mm)； H--焊件硬度(HV)。 鑒于超聲功率的

16、測量難度很大，實(shí)用上均以振幅來表示功率的大小，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--相對速度(m/min)； A--振幅(μm); μ--摩擦系數(shù); ω--角頻率(ω=2πf)； f--振動頻率(kHz)。 (2)振動頻率 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判斷.如圖2-49所示。