超聲波焊接技術(shù)講課稿

1、超聲波焊接技術(shù)超聲波焊接全過程超聲波焊接全過程兩個(gè)熱塑性元件接合面被放置在一起，放置在固定治具中鈦或鋁合金制作的焊頭接觸于上面的塑料件施加可控壓力于焊頭上，使兩個(gè)零件夾緊在一起焊頭垂直振動(dòng)。對(duì)于預(yù)先設(shè)定的時(shí)間稱之為焊接時(shí)間。通過詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠?qū)⒏哳l振動(dòng)傳遞到兩工件的結(jié)合面。保壓時(shí)間，就是在施加了夾緊力并讓塑料件熔化后冷卻并固化而預(yù)先設(shè)置的時(shí)間。一旦塑料件固化了，那么夾緊力就可以去除，焊頭也可以撤回。兩個(gè)工件被結(jié)合在一起，作為整體從固定治具中取出。超聲波技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn)超聲波技術(shù)運(yùn)用的優(yōu)點(diǎn)1.快，環(huán)保，有效2.消耗極小的能量，生產(chǎn)出牢固的聯(lián)結(jié)方式3.重復(fù)操作性好4.無需溶劑，添加劑，化學(xué)催化

2、劑或者其他的熱能5.設(shè)備投入相對(duì)低，產(chǎn)能高，使用壽命長在汽車，醫(yī)療，電子，電氣，玩具，紡織，日用品，包裝工業(yè)等領(lǐng)域都有廣泛的使用超聲波設(shè)備元件及其功能超聲波設(shè)備元件及其功能完整的一個(gè)系統(tǒng)就是由以上四個(gè)部分加工件以及固定治具一起組成最基本的超聲波設(shè)備其組成部分發(fā)電器將電源轉(zhuǎn)換為需要的頻率電能，雖然使用的操作頻率各不相同，但是一般用于工業(yè)生產(chǎn)的頻率普遍在15，20，30，40KHz，且為了再簡化，一般提供給客戶的設(shè)備手冊(cè)上標(biāo)定的頻率都是20KHz，如無特別標(biāo)注換能器調(diào)幅器焊頭由發(fā)電器產(chǎn)生的高頻電能通過電纜到換能器，將其轉(zhuǎn)換成垂直的，低振幅的機(jī)械運(yùn)動(dòng)/振動(dòng)隨后這個(gè)振動(dòng)將被傳遞到調(diào)幅器中，用于增加或者

3、減少振幅。振幅取決于材料，設(shè)備的類型，工作的方式。所以說改變振幅適應(yīng)加工工件是非常必要的。 一般有3：1，2：1，0.5：1增加或者減少振幅規(guī)格的調(diào)幅器振幅將傳遞到具有特定形狀和尺寸的焊頭，以此將其傳遞到工件上，焊頭的形狀也會(huì)增加振幅原理圖原理圖發(fā)電器提供高頻電能給換能器換能器又將其轉(zhuǎn)換為超聲波機(jī)械振動(dòng)調(diào)幅器調(diào)整焊頭和換能器之間振幅焊頭將其傳遞給貼合的工件運(yùn)用超聲波技術(shù)的系統(tǒng)種類運(yùn)用超聲波技術(shù)的系統(tǒng)種類手持型手持型具有更高的實(shí)用性壓床型壓床型更精準(zhǔn)的控制性轉(zhuǎn)換型轉(zhuǎn)換型便捷的轉(zhuǎn)換裝配型轉(zhuǎn)盤型轉(zhuǎn)盤型高生產(chǎn)率集合型集合型具有更高的生產(chǎn)性，可同時(shí)對(duì)多個(gè)裝配體或者一個(gè)裝配體中多個(gè)位置進(jìn)行加工超聲波焊接中

4、物料的選擇及其熔接特性超聲波焊接中物料的選擇及其熔接特性 通常不同材質(zhì)的塑膠原料是較難互相熔接熔點(diǎn)不同化學(xué)結(jié)構(gòu)不同熱塑性塑料的可焊性能量轉(zhuǎn)化能量耗散自黏合和恢復(fù)材料本身的性能決定了其傳聲效果材料本身的性能決定了機(jī)械能轉(zhuǎn)換熱能的能力材料本身的性能決定了其熔融面自黏結(jié)的速度和程度超聲波焊接中物料的選擇及其熔接特性超聲波焊接中物料的選擇及其熔接特性 填料玻璃纖維礦物粉脫模劑可焊性影響大填料對(duì)所選熱塑性塑料超生波可焊性影響的一般原則填料對(duì)所選熱塑性塑料超生波可焊性影響的一般原則具體填料對(duì)具體聚合物可焊性的影響只能通過試驗(yàn)確定回料發(fā)泡劑色粉潤滑劑防火劑超聲波焊接中物料的選擇及其熔接特性超聲波焊接中物料的

5、選擇及其熔接特性 對(duì)吸濕性樹脂而言，含水量可能會(huì)造成問題。 焊接受潮的零件時(shí)，水氣泡可能在交接處產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象，導(dǎo)致外觀及粘合強(qiáng)度不良。含水量含水量脫模劑脫模劑直接噴于模穴表面的脫模劑會(huì)阻礙熱的產(chǎn)生及熔融。 然而，可印刷 / 可上漆等級(jí)的脫模劑 不會(huì)造成妨礙，因此無須清除。染料染料大部份染料不影響焊接性，但部份油基染色劑則會(huì)降低焊接強(qiáng)度。阻燃劑添加物阻燃劑添加物會(huì)大幅降低聚合物的焊接性。超聲波焊接中物料的選擇及其熔接特性超聲波焊接中物料的選擇及其熔接特性 近場熔接是指熔接面距焊頭接觸面在1/4英寸(6.35mm)以內(nèi)遠(yuǎn)場熔接是指熔接面距焊頭接觸面在1/4英寸(6.35mm)以外超聲波焊接中物料的

6、選擇及其熔接特性超聲波焊接中物料的選擇及其熔接特性 工件接合面的設(shè)計(jì)工件接合面的設(shè)計(jì)接合面的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)工件間結(jié)合性好壞的關(guān)鍵工件材料結(jié)合面的幾何形狀熔接要求接合面的設(shè)計(jì)種類有很多種，都各有其優(yōu)點(diǎn)接合面的設(shè)計(jì)基本三要素統(tǒng)一接觸面最初小的接觸區(qū)域?qū)?zhǔn)同一結(jié)合平面，接合處緊密相接建立在兩個(gè)接合面間的最先接觸的區(qū)域保證接合面的接觸不偏移，需要使用限位槽，定位銷，等對(duì)準(zhǔn)接合面工件接合面的設(shè)計(jì)能量聚焦器工件接合面的設(shè)計(jì)能量聚焦器焊件中沿焊線的一個(gè)小三角形凸臺(tái)超聲波能量傳遞到工件上聚焦在三角形的焊線上，使其迅速熔化，分子在接合面件流動(dòng)，并固化本身不提供對(duì)準(zhǔn)途徑，也不提供防止溢料的設(shè)計(jì)要求優(yōu)點(diǎn)：能耗低焊件劃痕

7、少循環(huán)周期短缺點(diǎn)：某些材料的焊接強(qiáng)度有限存在溢料適合無定型聚合物（易于達(dá)到一定的密封性）適合半結(jié)晶型聚合物工件接合面的設(shè)計(jì)能量聚焦器工件接合面的設(shè)計(jì)能量聚焦器能量聚焦型級(jí)式結(jié)合能量聚焦型級(jí)式結(jié)合優(yōu)點(diǎn)：得到一個(gè)十分堅(jiān)固及不易察覺之接合面 缺點(diǎn)：存在溢料能量聚焦器舌糟吻合式接合面能量聚焦器舌糟吻合式接合面 最小壁厚最小壁厚3.05mm-3.12mm優(yōu)點(diǎn)：防止內(nèi)外部溢料焊接牢固缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)相對(duì)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜復(fù)雜剪口式接合面剪口式接合面優(yōu)點(diǎn)：較高密封性焊接強(qiáng)度高適合所有材料缺點(diǎn)：尺寸公差要求嚴(yán)格能耗相對(duì)高可能需要復(fù)雜固定治具（固定治具防止其互相擠壓而產(chǎn)生偏移，故治具與工件要求高的匹配性半結(jié)晶聚合物對(duì)

8、徑尺寸應(yīng)小于半結(jié)晶聚合物對(duì)徑尺寸應(yīng)小于88.9mm88.9mm最大焊件尺寸最大焊件尺寸每側(cè)過盈量（范圍）每側(cè)過盈量（范圍）焊件尺寸公差焊件尺寸公差剪口式接合面凸緣剪口剪口式接合面凸緣剪口 優(yōu)點(diǎn)：焊接面不易察覺缺點(diǎn)：焊接強(qiáng)度相對(duì)差凸緣剪口產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)例密封圈密封圈鏡片鏡片熔接線痕跡熔接線痕跡SUNX DA700 FRAME-LENSSUNX DA700 FRAME-LENS零件的設(shè)計(jì)注意點(diǎn)零件的設(shè)計(jì)注意點(diǎn)近場遠(yuǎn)場近場焊接的效果要優(yōu)于遠(yuǎn)場焊接，遠(yuǎn)場焊接需要比近場焊接需要更高的振幅，更長的焊接時(shí)間，更大的施加壓力才能夠達(dá)到與近場同等的焊接效果。遠(yuǎn)場適合于無定型聚合物零件的設(shè)計(jì)注意點(diǎn)零件的設(shè)計(jì)注意點(diǎn)平行

9、接觸為了達(dá)到一個(gè)較好的焊接效果，焊接面需同一平面，且平行于焊頭的接觸面，這樣有助于超聲能量平均等距的傳遞到工件焊接面上。同樣的道理，焊頭的平面也需是一個(gè)單一的平面，平行于焊接接合面。近場和遠(yuǎn)場的原理圖中也是滿足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的圖其焊接接合面與焊頭接觸面不平行，這就導(dǎo)致了能量傳遞不均衡，傳遞到右側(cè)的位置要晚于左側(cè)的位置，使左側(cè)已經(jīng)過熱和熔解，而右側(cè)則剛開始熔解。焊接強(qiáng)度一側(cè)過牢一側(cè)比較弱圖雖然焊接面和焊頭是平行的，但是卻不是同一個(gè)平面，也會(huì)導(dǎo)致能量傳遞不均衡的問題圖焊頭面是同一個(gè)面但是和焊接接合面不平行圖焊頭面和焊接面平行但是卻不是同一平面超聲波鉚接超聲波鉚接 鉚接工藝是另一種利用超聲波能量連接部件的

10、常用方法。通常采用機(jī)械方式連接不相似材料部件，即在其中一個(gè)熱塑性塑料部件上模壓一個(gè)凸起，插入另一個(gè)部件的孔中，從而連接兩個(gè)部件運(yùn)用的情況兩個(gè)不能焊接的材料適合簡單固定形式優(yōu)點(diǎn)：1.時(shí)間短2.牢固不反彈3.一個(gè)鉚頭可形成多個(gè)鉚點(diǎn)4.很高的重復(fù)性和高控制度5.消耗品去除（黏著劑/螺釘）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：使用接觸域小且高振幅的焊頭，使局部受熱，迅速熔化使用下降速率可控的焊頭施加輕微的力在有限的聯(lián)接區(qū)域用預(yù)觸發(fā)壓力控制其鉚頭和鉚料粘連下降速度慢防止鉚柱斷裂在保壓時(shí)間內(nèi)施加相對(duì)大的保壓壓力使其材料間保持較強(qiáng)的結(jié)合力好的鉚接效果取決于合適的工藝參數(shù)以及鉚柱和鉚洞的合適設(shè)計(jì)合適的鉚接柱設(shè)計(jì)會(huì)有一個(gè)很強(qiáng)的固定強(qiáng)度以及

11、無溢料外觀設(shè)計(jì)要點(diǎn)：鉚頭和鉚釘?shù)慕佑|區(qū)域盡量的小，集中能量使其迅速可控的熔化五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- -鉚椿鉚椿 1.6 五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- -圓頂鉚圓頂鉚 鉚釘尺寸小于鉚釘尺寸小于1.6 適合含玻纖樹脂適合含玻纖樹脂2D0.5D五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- -中空鉚中空鉚 鉚釘設(shè)計(jì)大于或等于鉚釘設(shè)計(jì)大于或等于4 4防止鉚釘表面下沉或者空心防止鉚釘表面下沉或者空心降低了焊接時(shí)間降低了焊接時(shí)間需修理此處時(shí)，方便去除鉚接部位，用螺釘再聯(lián)接需修理此處時(shí)，方便去除鉚接部位，用螺釘再聯(lián)接五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- -節(jié)鉚節(jié)鉚 裝配簡單加工快速裝配簡單加工快速無需注

12、重外觀性，鉚后尺寸形狀等沒有精確要求無需注重外觀性，鉚后尺寸形狀等沒有精確要求 五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)五種鉚釘結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)- -齊平鉚齊平鉚 鉚后表面不能有凸起，外觀需求鉚后表面不能有凸起，外觀需求埋插埋插是將金屬元件嵌入到塑料件中的裝配形式嵌插工件之方法通常應(yīng)用于嵌插金屬工件進(jìn)入塑膠工件中。容納插件之孔位,通常比插件之外圍尺寸細(xì),須將高頻能量輸入插件及利用壓力將插件插入塑膠工件中,或?qū)⒏哳l能量輸入塑膠工件而利用壓力將塑膠工件套進(jìn)插件。當(dāng)插件與塑膠孔磨擦?xí)r,便會(huì)產(chǎn)生熱能而使插件易于壓入，當(dāng)高頻能量消失時(shí),工件便會(huì)定形，插入件便會(huì)牢固在塑膠工件內(nèi) 優(yōu)點(diǎn)：塑膠工件不會(huì)被插裂。塑膠工件不會(huì)留下內(nèi)應(yīng)力 當(dāng)設(shè)計(jì)嵌插工件及嵌插孔之尺寸一定要考慮有足夠的塑膠料熱熔后填滿嵌插工件的四周空位 垂掛垂掛優(yōu)點(diǎn)：可以在很短的時(shí)間里牢固的固定元件，無需黏結(jié)劑和附屬件。不過這需要