超聲波焊接線設(shè)計(jì)要求

超聲波焊接線設(shè)計(jì)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(shù)完成熔合時(shí)，塑料件超聲波焊接線設(shè)計(jì)要注意結(jié)構(gòu)，也要注意焊線設(shè)計(jì)，焊接線的設(shè)計(jì)有兩種設(shè)計(jì)方式，一種能量導(dǎo)向，另一種是剪切設(shè)計(jì)。讓我們一起學(xué)習(xí)超聲波焊接知識(shí)。

塑料件超聲波熔接線設(shè)計(jì)

塑料件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須首先考慮如下幾點(diǎn)：

   1 焊縫的大小（即要考慮所需強(qiáng)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(diǎn)的控制來獲得：

   1 塑膠材質(zhì)

   2 塑料件的結(jié)構(gòu)

   3 超聲波熔接線的位置和設(shè)計(jì)

   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(fù)的熔焊方式，必須遵循三個(gè)主要設(shè)計(jì)方向：

   1 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。

   2 找到適合的固定和對(duì)齊的方法，如塑料件的接插孔、臺(tái)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(gè)平面上，這樣可使能量轉(zhuǎn)換時(shí)保持一致。

下面就對(duì)塑料件設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)進(jìn)行分類舉例說明：

　整體塑料件的結(jié)構(gòu)

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。

2、罐狀或箱形塑料等

　　在其接觸焊頭的表面會(huì)引起共振而形成一些集中的能量聚集點(diǎn)，從而產(chǎn)生燒傷、穿孔的情況，在設(shè)計(jì)時(shí)可以罐狀頂部做如下考慮 :

    A加厚塑料件

    B增加加強(qiáng)筋

    C焊頭中間位置避空

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(huì)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(xì)小件會(huì)因超聲波振動(dòng)產(chǎn)生影響而斷裂或脫落，例如固定梢等。通過以下設(shè)計(jì)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(gè)大的R角，或加加強(qiáng)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(huì)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(huì)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。

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(duì)于半晶體材料，超聲波震動(dòng)很難傳遞到加工面，對(duì)這種設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免。

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，超音波焊接中的能量在塑料件傳遞時(shí)會(huì)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(duì)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。

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(zhǎng)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。基準(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)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(duì)正焊接位，過小的焊頭接觸面，會(huì)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(huì)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(shè)計(jì)方式：

   A能量導(dǎo)向

   B剪切設(shè)計(jì)

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，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)：

   A材料

   B塑料件結(jié)構(gòu)

   C使用要求

　　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）。

2、能量導(dǎo)向設(shè)計(jì)中對(duì)位方式的設(shè)計(jì)

　　上下塑料件在焊接過程中都要保證對(duì)位準(zhǔn)確，限位高度一般不低于1mm，上下塑料平行檢動(dòng)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(jiǎn)單的對(duì)接，包括對(duì)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：，插銷定位中應(yīng)保證插銷件的強(qiáng)度，防此超音波震斷。

　　臺(tái)階定位：如h大于焊線的高度，則會(huì)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)。

   1. 企口定位：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(duì)接。

   2. 底模定位：采用這種設(shè)計(jì)，塑料件的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單，但對(duì)底模要求高，通常會(huì)引致塑料件的平行移位，同時(shí)底模固定太緊會(huì)影響生產(chǎn)效果。

   3. 焊頭加底模定位：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.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)。 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。 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，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(gè)塑料蓋的焊接。

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(huì)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(duì)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)。

　　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。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(huì)讓周圍的空氣進(jìn)來。由于此原因，剪切連接尤其對(duì)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。

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。

     以上內(nèi)容是對(duì)超聲波熔接線設(shè)計(jì)要求的說明，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)工模的時(shí)候，要根據(jù)自己的情況，做成相對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)。