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塑料件超聲波焊接加工原理與制約波焊接效果的因素是?

發布者:嘉能超音波  發布時間:2017-11-02  查看:次  【

文章摘要: 塑料件超聲波焊接加工原理與制約波焊接效果的因素是? (1)、接觸面的設計 (2)、焊接線的設計 (3)塑料材質 (4)塑料件外形和尺寸 (5)焊接面與焊頭之間距離 (6)超聲波焊

塑料件超聲波焊接加工原理與制約波焊接效果的因素是?

  (1)、接觸面的設計 (2)、焊接線的設計 (3)塑料材質

  (4)塑料件外形和尺寸  (5)焊接面與焊頭之間距離

 

    (6)超聲波焊頭的設計

  (7)焊頭的振幅(8)校模的準確性

      (9)焊接壓力、時間參數的選擇

 
  1、超聲波在塑料加工中的應用原理:

  塑料加工中所用的超聲波,現有的幾種工作頻率有15KHZ,18KHZ,20KHZ,40KHZ。其原理是利用縱波的波峰位傳遞振幅到塑料件的縫隙,在加壓的情況下,使兩個塑料件或其它件與塑料件接觸部位的分子相互撞擊產生融化,使接觸位塑料熔合,達到加工目的。

  2、超聲波焊接機的組成部分和原理

  超聲波焊接機主要由如下幾個部分組成:發生器、氣動部分、程序控制部分,換能器部分。超聲波發生器主要作用是將工頻50HZ的電源利用電子線路轉化成高頻(例如20KHZ)的高壓電波。氣動部分主要作用是在加工過程中完成加壓、保壓等壓力工作需要。程序控制部分控制整部機器的工作流程,做到一致的加工效果。換能器部分是將發生器產生的高壓電波轉換成機械振動,經過傳遞、放大、達到加工表面。現在國內應用較多的發生器一般有兩種:一種是以美國BRANSON公司為代表,所采用的橋式功放電路,保護電路采用相位保護,工作頻率一般為20KHZ。其優點是電轉換效率高,缺點是頻率調節電感調節范圍窄,頻率跟蹤性能較差。另一個缺點是功率不可能做得很大,最大也就是3KW左右;另一種是臺灣型機器,普遍采用B類功放、過流保護、橋式反饋。優點是功率可以做得較大(如4.2KW),頻率跟蹤性能好,大功率情況下一般采用15KHZ的工作頻率。缺點是電轉化效率較低,15KHZ的工作頻率是人耳所能聽到的,反映出噪聲較大;另外還有瑞士、德國、倭國的采用頻率自動跟蹤技術的機器。因其價格較高 ,國內并不常見。換能器部分由三部分組成:換能器(TRANSDUCER);增幅器(又稱二級桿、變幅桿,BOOSTER);焊頭(又稱焊模,HORN或SONTRODE)。

  ①換能器(TRANSDUCER):換能器的作用是將電信號轉換成機械振動信號。將電信號轉換成機械振動信號有兩種物理效應可以應用。A:磁致伸縮效應。B:壓電效應的反效應。磁致伸縮效應在早期的超聲波應用中較常使用,其優點是可做的功率容量大;缺點是轉化效率低,制作難度大,難于大批量工業生產。自從朗之萬壓電陶瓷換能器的發明,使壓電效應反效應的應用得以廣泛采納。壓電陶瓷換能器具有轉換效率高,大批量生產等優點,缺點是制作的功率容量偏小。現有的超聲波機器一般都采用壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器是用兩個金屬的前后負載塊將壓電陶瓷夾在中間,通過螺桿緊密連接而制成的。通常的換能器輸出的振幅為10μm左右。

  ②變幅桿(BOOSTER):變幅桿本身就是一條金屬柱,通過形狀的設計,可以將換能器傳遞過來的振幅進行放大,達到加工塑料件所需能量振幅,相當于加熱的溫度,如我們常用的ABS、AS塑料所需的加工振幅為20μm左右;尼龍、聚丙稀所需的加工振幅為50μm左右。

  ③焊頭(HORN):焊頭的作用是對于特定的塑料件制作,符合塑料件的形狀、加工范圍等要求。

  換能器、變幅桿、焊頭均設計為所工作的超聲頻率的半波長,所以它們的尺寸和形狀均要經過特別的設計;任何的改動均可能引致頻率、加工效果的改變,它們需專業制作。耐用根據所采用的材料不同,尺寸也會有所不同。適合做超聲波的換能器、變幅桿和焊頭的材料有:鈦合金、鋁合金、合金鋼等。由于超聲波是不停地以20KHZ左右高頻振動的,所以材料的要求非常高,并不是普通的材料所能承受的。

  4、超聲波焊接機的參數及調節方法:

  一般的超聲波焊接機上有如下的參數是可以調節的:

  A:超聲波發生器上的調諧旋鈕:這是超聲波焊機最關鍵的一個調節旋鈕。其調節目的是使超聲波發生器所發出的高壓電信號頻率同換能器部分的機械諧振頻率一致。方法是輕觸測試開關、左右設防該旋鈕,使負載指示的電流為最小,即可完成調諧步驟。

  B:振幅檔:此旋鈕有些機種上沒有這個旋鈕,其功能是通過調節發生器的輸出電壓,達到高速輸出振幅的目的。

  C:氣動部分:包括調速器、氣壓調節旋鈕。調速器用于調節氣缸的上、下速度。氣壓調節旋鈕調節工作氣壓。

  D:熔接時間(WELD TIME):用于調節超聲波發射的時間,一般的塑料件熔接時間為 0.6S以下,通常超過1.5S熔接時間均可視作失敗熔接(可視作振幅不夠,或設計不合理)。

  E:保壓時間(HOLD TIME):保壓時間相當于加工塑料件之后的固化時間,通常如果塑料件的固定位設置得好,此時間可不用考慮,如果塑料件內部有彈簧等部件,該時間應相應調長

  F:觸發調節:觸發調節有兩種方式,一種是延時觸發。這種調節一般指示為延遲時間(DELAY TIME)。其所指為從觸發機器開始到超聲波發射為止的時間。通過調節,可實現先發射超聲波再熔接,或先壓緊塑料件再觸發超聲波。另一種是壓力觸發。這種觸發方式常見于美國BRANSON形式的超聲波焊接機中,其原理是調節壓緊塑料件的力度來觸發超聲波。對于較大的塑料件,為防止起振失敗,多采用先觸發超聲波再熔接,或以較小的觸發力度。

  5、塑料件材料對超聲波焊接的影響

  超聲波在塑料件中傳播,塑料件或多或少對超聲波能量有吸收和衰減,從而對超聲加工效果產生一定的影響,塑料一般有非晶體材料之分,按硬度有硬膠和軟膠之分,還有模數的區分,通俗地來說,硬度高,低熔點的塑料超聲加工性能優于硬度低、高熔點的塑料。因此,這就牽涉到超聲波加工距離的遠近問題,詳見第7節遠、近距離焊接。

  6、塑料件的加工條件對超聲焊接的影響

  塑料件經過注塑、擠壓或吹塑等的不同加工形式以及不同的加工條件都會形成對超聲焊接產生一定影響的因素。

  A:濕度缺陷:濕度缺陷一般在制作有條紋或疏松的塑料件過程中形成,濕度缺陷在焊接中衰減有用能量,使密封位滲水,加長焊接時間,所以濕度高的塑料件在焊接前要作烘干處理。如聚甲醛等。

  B:注塑過程的影響:

  注塑過程參數的調整會引致如下缺陷:

  ①尺寸變化(收縮、彎曲變形)

  ②重量變化

  ③表面損傷

  ④統一性不佳

  C:保存期:塑料件注塑加工出來后,一般最少放置24小時后,再進行焊接,以消除塑料件本身應力、變形等因素。無定形塑料通過注塑出來的塑料件可不按此要求。

  D:再生塑料

  再生塑料的強度比較差,對超聲波焊接適應性也較差,所以如用再生塑料,各種設計尺寸均要酌情加以考慮。

  E:脫模劑和雜質

  脫模劑和雜質對超聲波焊接有一定的影響。雖然超聲波加工時可將加工表面的溶劑、雜質等震開,但對于要求密封、或在高強度的情況下,應盡可能去除。在有些情況下,先清洗塑料件是必要的。

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