超聲波塑料焊接機(jī)工作原理解析示意圖 二維碼
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發(fā)表時(shí)間:2024-05-29 10:53網(wǎng)址:http://m.rocketprojector.com/h-nd-273.html 超聲波塑料焊接機(jī)原理 前 言 隨著塑料及復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用.人們?cè)絹?lái)越關(guān)心它們的拼接問(wèn)題 。 就結(jié)合表面加熱方法而言,超聲波焊接的強(qiáng)度是最高的也是最靈活的。焊接質(zhì)量的好壞不僅與功率、超聲發(fā)生器特性、超聲波焊接工藝參數(shù)有關(guān)·而且還與加壓系統(tǒng)的特性有關(guān)設(shè)計(jì)一套性能良好的氣動(dòng)加壓系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)良好焊接所必需的 。 1. 超聲波塑料焊接機(jī)結(jié)構(gòu) 一般地講,超聲波塑料焊接機(jī)由三大部分組成:超聲波發(fā)生器、聲學(xué)系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)。超聲波發(fā)生器主要是將50Hz的工頻電轉(zhuǎn)換成超聲頻的交流用以激勵(lì)聲學(xué)系統(tǒng);聲學(xué)系統(tǒng)將電能轉(zhuǎn)化為聲能.進(jìn)而轉(zhuǎn)化成熱能.使塑料件在接合處熔于一體,如圖l所示。
2 超聲波焊接工藝對(duì)加壓系統(tǒng)的要求 2.1 壓力的作用. 由上所述,加壓是超聲波塑料焊接不可缺少的條件 。在焊接過(guò)程中,壓力的作用可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn): (1)使焊頭和工件貼合緊密,令聲學(xué)系統(tǒng)中的超聲振動(dòng)能有效地傳給工件。 (2)使塑料焊件界面緊密貼合,工件間的摩擦才能轉(zhuǎn)化為熱能 。 (3)當(dāng)界面熔化形成接頭時(shí),壓力的作用有利于塑料內(nèi)部有機(jī)分子鏈的形成。 (4)在按頭凝固過(guò)程中,壓力的作用相當(dāng)于對(duì)焊件的拘束.如果焊后就松壓.焊件易于回彈開(kāi)裂。 (5)壓力最終影響焊接強(qiáng)度,因?yàn)樗粌H影響上述幾個(gè)方面,同時(shí)也影響焊機(jī)輸出功率,- 般地講.焊接壓力增加,,得機(jī)輸出功率增加。 由此可見(jiàn).良好加壓系統(tǒng)是超聲波焊接機(jī)系統(tǒng)中必需的。是保證得接質(zhì)量的重要前提 。
2. 2 焊接工藝對(duì)加壓系統(tǒng)的要求 (1)穩(wěn)定性 焊接壓力對(duì)超聲焊接質(zhì)量有較大影響。就超聲波焊接而言,接頭質(zhì)量與輸入到焊件中的能量是密切相關(guān)的,這個(gè)能量可表達(dá)為:能量=振幅 x壓力 x時(shí)間。 所以壓力的波動(dòng)會(huì)造成焊接質(zhì)量的不穩(wěn)定,如果焊機(jī)采用變幅桿比較大的聲學(xué)系統(tǒng),則焊接質(zhì)量對(duì)壓力的波動(dòng)更為敏感 。所以焊接工藝要求氣動(dòng)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。 (2)氣缸活塞運(yùn)動(dòng)速度可調(diào) 為了實(shí)現(xiàn)焊接,氣缸活塞帶動(dòng)聲學(xué)系統(tǒng)上下運(yùn)動(dòng)。就焊接工藝而言.上下兩種運(yùn)動(dòng)速度是不同的。由于工件種類、尺寸的不同,焊接壓力的建立也要做相應(yīng)變化。對(duì)于特定工件,壓力建立太慢.效率較低;而壓力建立太快又會(huì)造成,溶體塑性形變太快. 導(dǎo)致材料分子噴濺到界面。因而要求下降速度要可調(diào), 同時(shí)為提高焊接效率、減少空耗時(shí)間. 聲學(xué)系統(tǒng)提起活塞時(shí)盡量短些.由于回抽速度對(duì)質(zhì)量無(wú)影響·所以可維持一定的較快速度,來(lái)保證焊接效率。 (3)聲學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行及導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 對(duì)聲學(xué)系統(tǒng)導(dǎo)向運(yùn)行機(jī)構(gòu)有如下要求:1平滑、摩擦阻力小; 2運(yùn)行方向垂直于底座面 。因?yàn)榛赖哪Σ?、滯性?huì)帶來(lái)運(yùn)行的不平穩(wěn),壓力建立速度及壓力值的不穩(wěn),從而造成焊接質(zhì)量的不穩(wěn) 。同時(shí)聲學(xué)系統(tǒng)的運(yùn)行方向與底座平面的垂直與否對(duì)焊接質(zhì)量也有較大的影響。它直接決定焊件是否對(duì)稱均勻熔化,同時(shí)也影響聲學(xué)系統(tǒng)的特性, 對(duì)超聲波焊接機(jī)的要求增加 。 若焊頭端面與底座平面不平行,則在焊接壓力建立的過(guò)程中,兩焊件接觸程度在界面分布上不均.從而造成界面·略化不均.最終影響焊后工件的整體結(jié)構(gòu)尺寸。 3 氣路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 為保證焊接質(zhì)量,提高焊接效率·設(shè)計(jì)的氣動(dòng)系統(tǒng)如圖2所示 超聲波塑料焊接機(jī)氣動(dòng)原理圖 其工作原理是:氣源給氣后,在五通電磁閥不動(dòng)作時(shí).壓縮空氣由氣源出來(lái)經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器、減壓閥、五通閥、由下路遊入氣缸左端使氣缸活塞回縮.處于待焊狀態(tài),待焊接過(guò)程開(kāi)始后,氣閥可動(dòng)作,氣體由上路進(jìn)入,氣缸右端迫使氣缸活塞桿伸出.帶動(dòng)聲學(xué)系統(tǒng)下降·焊頭接觸并壓緊焊接件、壓力不斷建立.直至壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作,焊接開(kāi)始?;钊麠U運(yùn)行速度由節(jié)流閥決定。由于該節(jié)流閥采用單向節(jié)流.活塞桿回縮不節(jié)流.運(yùn)行速度較大.從而減少了空耗時(shí)間。 3.2 壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān) 壓力檢測(cè)開(kāi)關(guān)的作用是當(dāng)預(yù)定的壓力達(dá)到后,啟動(dòng)超聲波焊接信號(hào)。由于起振壓力的大小對(duì)焊接質(zhì)量及聲學(xué)系統(tǒng)特性均有影響,所以對(duì)量壓 力信號(hào)的提取較為嚴(yán)格。從國(guó)外如瑞士超聲波焊接機(jī)來(lái)看,一般采用壓力傳感器.這種方式壓力信號(hào)是較為精確的,但電路復(fù)雜、價(jià)格昂貴,本文在滿足焊接要求的情況下.利用普通壓力表實(shí)現(xiàn)了起振壓力的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)控制,處理簡(jiǎn)単.而且價(jià)格便宜,實(shí)際工作運(yùn)行相當(dāng)可靠且旦滿足精度要求。 3. 3 元件選擇及設(shè)計(jì)裝配 (1 )汽缸 來(lái)用雙向差動(dòng)汽缸,這種汽缸的選擇可參考下列公式: 其中D為汽缸內(nèi)徑;f為活塞桿上輸出壓力:P為氣源壓力,很據(jù)實(shí)際焊接壓力一般為幾十到上百公斤,經(jīng)一系列的校核計(jì)算.本文采用日本SMC公司的167系列汽缸,其參數(shù)如下:最大壓力10.00bar:沖程100mm:汽缸內(nèi)徑63mm. (2)減壓閥 它是氣壓系統(tǒng)中的關(guān)鍵.直接影明到焊接壓力的建立特性,從而影響焊接質(zhì)量,所以它的選擇尤為重要。同時(shí)在其應(yīng)用過(guò)程中要特別注意·在有空氣生埃的地方·于減壓閥前一般要加過(guò)濾器;接管時(shí).管內(nèi)一定要注意清理掉鐵屑及其它污物.以免影響減壓?jiǎn)栒9ぷ?在選用時(shí)·要選擇調(diào)節(jié)范圍稍高于實(shí)際使用范圍。 (3)單向節(jié)流閥 對(duì)于節(jié)流調(diào)速方式大致分西種·即進(jìn)氣節(jié)流、出氣節(jié)流 。一般地講,出氣節(jié)流要好于進(jìn)氣節(jié)流。因?yàn)榍罢呖墒蛊谆钊纬善椒€(wěn)壓差.而使活塞運(yùn)行平穩(wěn) 。如采用進(jìn)氣節(jié)流,由于進(jìn)出氣不平穂·因而可產(chǎn)生忽快忽慢忽走忽停的氣缸爬行現(xiàn)象 ,但由于超聲波焊接本身的特點(diǎn)決定需有一起振壓力, 如果節(jié)流設(shè)置在后.則氣缸右端一下達(dá)到焊接壓力,盡管壓力也是從零增至焊接壓力,但起振壓力檢測(cè)傳感處理較為困難,因?yàn)榇藭r(shí)的實(shí)際工作壓力為活塞兩端壓力差。所以本文采用進(jìn)氣節(jié)流.直接檢測(cè)汽缸右端壓力以決定焊接開(kāi)始與否。為消除爬行現(xiàn)象,應(yīng)盡量減小聲學(xué)系的運(yùn)動(dòng)軌道的摩按阻力,并力求氣缸安裝正確活塞不受偏載。 3.4 導(dǎo)向運(yùn)行機(jī)構(gòu) 由于超聲波塑料焊接工藝的特點(diǎn),僅要求焊接頭在汽缸活塞帶動(dòng)下進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng),所以其運(yùn)動(dòng)副為滑動(dòng)副即可。對(duì)子滑動(dòng)導(dǎo)軌.其優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)是機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)容易且剛性更大, 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑軌的主要問(wèn)題是摩擦,所以導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是:減小摩擦、增加鋼性強(qiáng)度。_對(duì)于立式加壓常用的有:燕尾型及圓筒型等·如國(guó)3所示: 對(duì)于圖3b所示的結(jié)構(gòu)·采用兩個(gè)圓筒狀的棒作為導(dǎo)向桿,由于在工作臺(tái)上加工兩個(gè)具有同樣間隙的孔,而且要保證平行度,看起來(lái)簡(jiǎn)單,但往往不容易 。美國(guó) Branson公司的早期焊機(jī)采用的就是這種結(jié)構(gòu)。就剛度而言,這種結(jié)構(gòu)不如燕尾型。目前瑞士等國(guó)焊機(jī)采用燕尾型 。綜合上面的分析,本文聲學(xué)系統(tǒng)運(yùn)行導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用燕尾型·同時(shí)為減小庫(kù)擦力·在燕尾頂尖處加滾動(dòng)軸承。 4 工藝實(shí)驗(yàn) 配以本文研制的UPW- I型功率超聲波發(fā)生器.利用上述氣動(dòng)加壓系統(tǒng)對(duì) PMMA、ABS、素碳酸脂等材料進(jìn)行了平面焊接,工況與工藝參數(shù)見(jiàn)下表 。 對(duì)焊接后工件進(jìn)行檢驗(yàn).焊接質(zhì)量良好。 5 結(jié) 論 本文設(shè)計(jì)的這套氣路系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中可靠,満足了焊接工藝對(duì)氣動(dòng)加壓系統(tǒng)的要求。恒波超聲波塑料焊接機(jī)就是采用上述結(jié)構(gòu)。 原理相關(guān)推薦 |
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