超聲波焊接線設計要求

超聲波焊接線設計要求　

　　現(xiàn)代注塑方式能有效提供比較完美的焊接用塑膠件。光我們決定用超聲波焊接技術完成熔合時，塑料件超聲波焊接線設計要注意結構，也要注意焊線設計，焊接線的設計有兩種設計方式，一種能量導向，另一種是剪切設計。讓我們一起學習超聲波焊接知識。

塑料件超聲波熔接線設計

塑料件的結構設計必須首先考慮如下幾點：

   1 焊縫的大?。匆紤]所需強度）

   2 是否需要水密、氣密

   3 是否需要完美的外觀

   4 避免塑料熔化或合成物的溢出

   5 是否適合焊頭加工要求

超聲波焊接質(zhì)量可能通過下幾點的控制來獲得：

   1 塑膠材質(zhì)

   2 塑料件的結構

   3 超聲波熔接線的位置和設計

   4 塑膠焊接面的大小

   5 塑膠產(chǎn)品上下表面的位置和松緊度

   6 超聲波焊頭與塑料件的妝觸面

   7 順暢的焊接路徑

   8 穩(wěn)定可靠的底支撐

為了獲得完美的、可重復的熔焊方式，必須遵循三個主要設計方向：

   1 最初接觸的兩個表面必須小，以便將所需能量集中，并盡量減少所需要的總能量（即焊接時間）來完成熔接。

   2 找到適合的固定和對齊的方法，如塑料件的接插孔、臺階或企口之類。

   3 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。如果可能的話，接觸面盡量在同一個平面上，這樣可使能量轉(zhuǎn)換時保持一致。

下面就對塑料件設計中的要點進行分類舉例說明：

　整體塑料件的結構

1、塑料件的結構

　　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性，超聲波焊接時是需要加壓的，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。

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能量聚集點，從而產(chǎn)生燒傷、穿孔的情況，在設計時可以罐狀頂部做如下考慮 :

    A加厚塑料件

    B增加加強筋

    C焊頭中間位置避空

3、尖角

　　如果一個注塑出來的零件出現(xiàn)應力非常集中的情況，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。

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。通過以下設計可盡可能減小或消除這種問題：

    A在附屬物與主體相交的地方加一個大的R角，或加加強筋。

    B增加附屬物的厚度或直徑。

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，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，因此要盡量預以避免。

6、塑料件中薄而彎曲的傳遞結構

　　被焊頭接觸的塑件的形狀中，如果有薄而彎曲的結構，而且需要用來傳達室遞超聲波能量的時候，特別對于半晶體材料，超聲波震動很難傳遞到加工面，對這種設計應盡量避免。

7、近距離和遠距離焊接

　　近距離焊接指被焊接位距離焊頭接觸位在6mm以內(nèi)，遠距離焊接則大于6mm，超音波焊接中的能量在塑料件傳遞時會被衰減地傳遞。衰減在低硬底塑料里也較厲害，因此，設計時要特別注意要讓足夠的能量傳到加工區(qū)域。

　　遠距離焊接，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）通過合適的形狀設計也可用于遠距離焊接。

8、塑料件焊頭接觸面的設計

　　注塑件可以設計成任何形狀，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)。焊頭的設計需要有一個基準面，即按照其工作頻率決定的基準頻率面?；鶞暑l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塑料面的30%。一滑、圓弧過渡的塑料件表面，則比標準可以適當放寬，且突出位盡量位于塑料件的中部或?qū)ΨQ設計。

　　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，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，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）。

　焊接線是超聲波直接作用熔化的部分，其基本的兩種設計方式：

   A能量導向

   B剪切設計

能量導向

　　能量導向是一種典型的在將被子焊接的一個面注塑出突超三角形柱，能量導向的基本功能是：集中能量，使其快速軟化和熔化接觸面。能量導向允許快速焊接，同時獲得最大的力度，在這種導向中，其材料大部分流向接觸面，能量導向是非晶態(tài)材料中最常用的方法。

　　能量導向柱的大小和位置取決于如下幾點：

   A材料

   B塑料件結構

   C使用要求

　　當使用較易焊接的材料，如聚苯乙烯等硬度高、熔點低的材料時，建議高度最低為0.25mm。當材料為半晶體材料或高溫混合樹脂時（如聚乙碳），則高度至少要為0.5mm，當用能量導向來焊接半晶體樹脂時（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)則說明能量導向應做在塑料件哪一面，特殊情況要通過實驗來確定，當兩個塑料件材質(zhì)，強度不同時，能量導向一般設置在熔點高和強度低的一面。

　根據(jù)塑料件要求（例如水密、氣密性、強度等），能量導向設計可以組合、分段設計，例如：只是需要一定的強度的情況下，分段能量導向經(jīng)常采用（例如手機電池等）。

2、能量導向設計中對位方式的設計

　　上下塑料件在焊接過程中都要保證對位準確，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，基本的能量導向可合并為連接設計，而不是簡單的對接，包括對位方式，采用能量導向的不同連接設計的例子包括以下幾種：

　　插銷定位：，插銷定位中應保證插銷件的強度，防此超音波震斷。

　　臺階定位：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，而兩個零件之間的差異就不易發(fā)現(xiàn)。

   1. 企口定位：采用這種設計的好處是防止內(nèi)外溢料，并提供校準，材料容易有加強密封性的獲得，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，減小于焊接面，強度不如直接完全對接。

   2. 底模定位：采用這種設計，塑料件的設計變得簡單，但對底模要求高，通常會引致塑料件的平行移位，同時底模固定太緊會影響生產(chǎn)效果。

   3. 焊頭加底模定位：采用這種設計一般用于特殊情況，并不實用及常用。

   4.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，如必要情況下，可采用多焊頭結構。 如連接中采用能量導向，且將兩個焊面注成磨砂表面，可增加摩擦和控制熔化，改善整個焊接的質(zhì)量和力度，通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。 C：在焊接不易熔接的樹脂或不規(guī)則形狀時，為了獲得密封效果，則有必要插入一個密封圈，需要注意的是密封圈只壓在焊接末端。薄壁零件的焊接，比如熱成形的硬紙板（帶塑料涂層），與一個塑料蓋的焊接。

3、剪切式設計

　　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，采用能量導向的連接設計也許達不到理想的效果，這是因為半晶體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)過一個相對狹窄的溫度范圍，從能量導向柱流出的融化物在還沒與相接界面融合時，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構。

　　采用剪切連接的設計，首先是熔化小的和最初觸的區(qū)域來完成焊接，然后當零件嵌入到下起時，繼續(xù)沿著其垂直壁，用受控的接觸面來融化。這樣可能性獲得強勁結構或很好的密封效果，因為界面的熔化區(qū)域不會讓周圍的空氣進來。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度不同，熔接深度一般建議為0.8-1.5mm，當塑件壁厚及較厚及強度要求高時，熔接深度建議為1.25X壁厚。

幾種基本的剪切式結構：

　　剪切連接要求一個塑料壁面有足夠強度能支持及防止焊接中的偏差，有需要時，底模的支撐高于焊接位，提供輔助的支撐。

     以上內(nèi)容是對超聲波熔接線設計要求的說明，設計師在設計工模的時候，要根據(jù)自己的情況，做成相對應的設計。