第6講 _超聲焊接和加工

1、第第6-2講：超聲焊接和加工講：超聲焊接和加工2014年年3月月20日日主要內(nèi)容n超聲金屬焊接n超聲塑料焊接n超聲縫紉n超聲加工超聲焊接含義n超聲焊接是通過(guò)超聲振動(dòng)使焊件在固體狀態(tài)下連接起來(lái)的一種工藝過(guò)程。超聲焊接金屬或塑料時(shí)不需要外加熱。1. 超聲金屬焊接1.1 超聲焊接裝置1.2 超聲焊接原理超聲換能系統(tǒng)縱向振動(dòng) 焊接工具頭帶動(dòng)上焊件振動(dòng) 焊件交界面產(chǎn)生摩擦破除金屬表面氧化膜 接觸面增大 焊區(qū)溫度升高 塑性變形 原子引力形成焊點(diǎn) 壓力作用1.3 超聲焊接主要因素n焊件表面的共同變形，在微觀接觸部分產(chǎn)生顯著的切向變形；n靠近焊接表面的金屬晶格的原子能級(jí)升高，以及在超聲場(chǎng)中擴(kuò)散過(guò)程被加強(qiáng)等；n

2、在兩焊件的邊界上形成了共同的晶粒而金屬并未熔化 。1.4超聲焊接的優(yōu)點(diǎn)n焊接時(shí)間短，質(zhì)量高。n不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒(méi)有殘余應(yīng)力。n焊前、焊后處理簡(jiǎn)單。n易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。1.4超聲焊接的優(yōu)點(diǎn)n可焊接異類金屬。不但同類金屬，異類金屬也可以焊在一起?？梢詫⒈∑蚣?xì)絲焊在厚板上。n用于藥物和易爆材料的密封焊時(shí)，能避免一般焊接因有熔解物而污染藥品，不會(huì)因受熱而發(fā)生爆炸。1.5超聲焊接的缺點(diǎn)n焊接時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或超聲振動(dòng)幅度過(guò)大都會(huì)位焊接強(qiáng)度下降，甚至破壞。 2. 超聲塑料焊接2.1 塑料的特點(diǎn)n質(zhì)輕：密度一般在11.5cm3之間 n有一定強(qiáng)度，耐腐蝕，易加工 n有優(yōu)異的電絕緣性能，n減摩耐磨，

3、n振動(dòng)阻尼能力優(yōu)良。n工程塑料還有突出的耐高低溫、耐沖擊、高強(qiáng)度和高化學(xué)穩(wěn)定性 2.2 塑料的分類n熱塑性塑料熱塑性塑料：是線型或枝化的穩(wěn)定高分子量聚合物，受熱可軟化、流動(dòng)，遇冷則凝固，反復(fù)多次亦不改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)。n熱固性塑料熱固性塑料：在固化前是可溶解、熔化的線型聚合物，經(jīng)過(guò)加熱或加入交聯(lián)劑，即變成不熔的共價(jià)交聯(lián)體型網(wǎng)絡(luò)。n前者一般可直接應(yīng)用，后者多用作增強(qiáng)塑料的粘合劑。 如：玻璃膠n超聲塑料焊接超聲塑料焊接只能焊接熱塑性塑料，而不能焊熱固性塑料2.3 超聲焊接裝置n其中包括頻率自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、振幅控制系統(tǒng)和時(shí)間控制系統(tǒng)。 2.4 超聲塑料焊接原理n通過(guò)上焊件把超聲振動(dòng)能量傳送到焊區(qū)；n由于焊

4、區(qū)（即兩焊件交界面處）聲阻大，因此會(huì)產(chǎn)生局部高溫，又由于塑料導(dǎo)熱性差，熱量來(lái)不及及時(shí)散發(fā)，聚積在焊區(qū)；n致使兩塑料接觸面迅速熔化，加上一定壓力后，使其融合成一體；n當(dāng)超聲波停止后，讓壓力持續(xù)幾秒鐘，使其固定成型；n這樣就形成一個(gè)堅(jiān)固的分子鏈，形成焊點(diǎn)或焊面，達(dá)到焊接的目的。 2.5 塑料焊接與金屬焊接到差別n超聲塑料焊接的縱向振動(dòng)，振動(dòng)方向與焊件垂直，而不象金屬焊接那樣振動(dòng)方向與焊件平行，n超聲塑料焊接不是用超聲振動(dòng)帶動(dòng)上焊件振動(dòng)，而是通過(guò)上焊件把超聲振動(dòng)能量傳送到焊區(qū) 。2.6 超聲塑料焊接的分類n一般焊區(qū)距輻射聲能的工具與端面間的距離在67mm以內(nèi)的稱為近場(chǎng)焊接，而大于此距離的則稱為遠(yuǎn)場(chǎng)焊

5、接遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。 2.7 超聲塑料焊接到優(yōu)點(diǎn)n焊接時(shí)間短，質(zhì)量高；n不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒(méi)有殘余應(yīng)力；n可以遠(yuǎn)場(chǎng)焊接；n易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。n超聲還能使金屬零件鑲嵌在塑料制品中。超聲振動(dòng)施加于金屬件，使金屬件很快地鑲嵌到塑料制品中，這在輕工塑料制品中是一種新工藝，使用方便而迅速，可以簡(jiǎn)化塑料模具制作。2.8塑料焊接與金屬焊接的異同n共同點(diǎn)n焊接時(shí)間短，質(zhì)量高；n不需要焊劑和外加熱，不因受熱而變形，沒(méi)有殘余應(yīng)力；n易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。2.8塑料焊接與金屬焊接的異同n不同點(diǎn)n超聲金屬焊接中超聲振動(dòng)方向和焊件平行；n超聲塑料焊接中超聲振動(dòng)方向和焊件垂直。n超聲金屬焊接中上下焊件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)；n

6、超聲塑料焊接中上下焊件之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2.8塑料焊接與金屬焊接的異同n不同點(diǎn)n超聲金屬焊接中超聲振動(dòng)帶動(dòng)上焊件振動(dòng)。上下焊件之間摩擦破除氧化膜，加壓后焊接在一起。n超聲塑料焊接中通過(guò)上焊件將超聲振動(dòng)能量傳入焊區(qū)。兩焊區(qū)交界面聲阻大，產(chǎn)生局部的高溫，使塑料熔化，加壓后焊接在一起。 3 超聲縫紉超聲縫紉3.1 超聲縫紉原理n對(duì)薄膜塑料或化纖紡織品可以用超聲進(jìn)行連續(xù)縫焊，通常稱為超聲無(wú)線縫紉或超聲縫紉。 n一個(gè)縱向超聲振動(dòng)系統(tǒng)以一定角度與上焊件接觸，而下聲極是一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的圓柱。這樣，當(dāng)焊件從中通過(guò)時(shí)，即可完成一條連續(xù)焊縫。 3.2 超聲縫紉的特點(diǎn)n對(duì)許多小件物品進(jìn)行焊接，n可以多臺(tái)焊接設(shè)備并用，對(duì)化

7、纖被褥等大件物品連續(xù)縫紉。n通過(guò)對(duì)上、下聲極的表面進(jìn)行的特殊設(shè)計(jì)，可使焊縫形成美觀的花紋。n超聲還能對(duì)塑料薄膜及復(fù)合包裝紙進(jìn)行縫焊、封裝，對(duì)化纖織物進(jìn)行無(wú)線縫紉、剪裁及印花等等。 4 超聲加工4.1 超聲加工的含義及應(yīng)用范圍n含義：超聲加工是指給工具或工件沿一定方向施加超聲頻振動(dòng)進(jìn)行加工的方法 。磨料沖擊加工超聲切削加工超聲磨削加工超聲光整加工超聲塑性加工超聲切割超聲打孔超聲套料超聲雕刻超聲車削超聲鉆削超聲鏜削超聲滾齒超聲攻絲超聲鋸料超聲修正砂輪超聲清洗砂輪超聲磨削超聲磨齒超聲珩磨超聲珩齒超聲拋光超聲研磨電火化超聲復(fù)合加超聲強(qiáng)化超聲拉管超聲拉絲超聲沖裁超聲擠壓超聲鉚墩超聲彎管和矯直4.2 磨料

8、沖擊超聲加工n基本概念：基本概念：磨料磨料沖擊超聲加工是沖擊超聲加工是利用加工工具作利用加工工具作超聲振動(dòng)并通過(guò)超聲振動(dòng)并通過(guò)磨料沖擊被加工磨料沖擊被加工工件來(lái)碎除材料工件來(lái)碎除材料的技術(shù)的技術(shù) 。4.2 磨料沖擊超聲加工原理n工具以一定靜壓力壓在工件上；n在加工區(qū)域送入磨料懸浮液；n工具作進(jìn)行周期性的錘擊，n材料粉碎成細(xì)粒n從材料上脫落下來(lái)。n磨料懸浮液作循環(huán)流動(dòng)，n帶走被粉碎下來(lái)的材料微粒和更新磨料，n工具在靜壓力的作用下逐漸深人工作區(qū)而形成與工具形狀相同的孔穴。 4.2 磨料沖擊超聲加工特點(diǎn)n特別適合于加工硬脆材料。如玻璃、石英、陶瓷、硅、鍺和寶石等；n加工形狀不限于圓孔?？梢约庸じ鞣N復(fù)

9、雜形狀的型孔、型腔、深孔等；n對(duì)工件的宏觀作用力小，熱影響小，不會(huì)產(chǎn)生殘留應(yīng)力；n加工精度和表面光潔度較高。n磨料沖擊超聲加工已經(jīng)廣泛應(yīng)用于硬脆材料加工、超聲鉆孔、套料、切割和雕刻等。4.3 超聲切削n基本概念：超聲車削是給刀具（或工件）在某一方向上施加一定頻率和振幅的振動(dòng)，以改善車削效能的車削方法。 4.3 超聲切削分類n一種是以斷屑為主要目的，這時(shí)多采用低頻（最高幾百赫）、大振幅（最大可達(dá)幾毫米）的進(jìn)刀方向振刀；n另一種是以改善加工精度和表面粗糙度、提高車削效率、擴(kuò)大車削加工適應(yīng)范圍為主要目的，則要用高頻、小振幅振刀。4.3 超聲切削特點(diǎn)n切削力大幅度地降低；n切削溫度大幅度降低。切屑的平

10、均溫度僅左右(相當(dāng)于南方的夏季高溫氣候)。n大幅度降低表面粗糙度和顯著提高加工精度；n工具壽命大幅度提高；n切屑容易處理。4.4 超聲金屬塑性加工n塑性塑性：十世紀(jì)50年代B1aha和Langenecker在用鋅單晶加超聲振動(dòng)作拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)張應(yīng)力下降的“軟化軟化”現(xiàn)象現(xiàn)象 。4.4 超聲金屬塑性加工原理n超聲波金屬塑性加工，就是將高頻的電能通過(guò)換能器的機(jī)電轉(zhuǎn)換裝置二轉(zhuǎn)換成相應(yīng)頻率的機(jī)械振動(dòng)能超聲波振動(dòng)能，然后通過(guò)介質(zhì)耦合將超聲振動(dòng)能耦合到加工工具上去。最后通過(guò)工具和被加工材料的加工接觸而傳遞到加工材料中去，以獲得超聲，并將它用于工業(yè)上幫助振動(dòng)對(duì)金屬塑性變形作用的過(guò)程。 4.4 超聲金屬塑性加工舉例n在冷拔過(guò)程中，超聲振動(dòng)施加于外?；騼?nèi)模(芯棒)，這樣能夠降低拉拔力、提高產(chǎn)品質(zhì)量 。4.4 超聲金屬塑性加工優(yōu)點(diǎn)n直徑厚度比可達(dá)500:1，而普通冷拔只能達(dá)50:1左右；n降低拉拔力，提高延伸系數(shù)，進(jìn)行多道連拉能夠拉拔塑