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塑膠零件的超聲波焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2021-07-21 15:33
近年來(lái),超聲波焊接工藝以焊接速度快、能耗低、焊縫一致性好等優(yōu)點(diǎn),在塑膠產(chǎn)品的焊接上得到了廣泛的應(yīng)用。合理的超聲波塑膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)超聲波焊接工藝可以起到事半功倍的影響,所以本文重點(diǎn)闡述了影響超聲波焊接的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

超聲波導(dǎo)能線設(shè)計(jì)

合理的超聲波導(dǎo)能線設(shè)計(jì),以及超聲波導(dǎo)能線高度設(shè)計(jì)均會(huì)提高超聲波焊接產(chǎn)品的良率。如下圖所示,導(dǎo)能線設(shè)計(jì)為榫槽式,塑膠零件焊接裝配定位簡(jiǎn)單容易。按照如圖的參數(shù)設(shè)計(jì)導(dǎo)能線的高度以及榫槽的寬度,熔融樹脂填充槽內(nèi)三面縫隙,增強(qiáng)焊接強(qiáng)度和密封性能,減少焊接飛邊,焊接出的產(chǎn)品更加美觀。
超聲波焊接導(dǎo)能線設(shè)計(jì)
榫槽式超聲波設(shè)計(jì)
 
 
超聲波塑膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)實(shí)踐證明,塑膠零件在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免塑膠零件中出現(xiàn)尖角、凸出的細(xì)小結(jié)構(gòu)等特征。塑膠零件注塑成型過(guò)程中,尖角、凸出結(jié)構(gòu)是應(yīng)力聚集區(qū)域,在超聲波振動(dòng)下容易產(chǎn)生裂痕和斷裂。在尖角位置可以增加適當(dāng)?shù)膱A角過(guò)渡,凸出的結(jié)構(gòu)件需增加加強(qiáng)筋,以便于增加塑膠的強(qiáng)度和避免應(yīng)力集中,如下圖所示:
超聲波塑膠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示例
 
超聲波傳導(dǎo)區(qū)域應(yīng)盡量避免出現(xiàn)開孔和彎曲突變結(jié)構(gòu),因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)會(huì)引起超聲波能量在振動(dòng)傳導(dǎo)過(guò)程發(fā)生中斷和衰減,導(dǎo)致在開孔和突變結(jié)構(gòu)的下方出現(xiàn)焊接不良現(xiàn)象。


避免薄膜效應(yīng)


在超聲波焊接過(guò)程中塑膠零件表面可能會(huì)出現(xiàn)能量聚集,出現(xiàn)燒焦、燒穿的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在零件的中心區(qū)域,研究發(fā)現(xiàn)可通過(guò)以下多項(xiàng)措施來(lái)改善:(1)零件內(nèi)部增加加強(qiáng)筋。(2)增加零件壁厚。(3)調(diào)節(jié)振幅。(4)減少焊接時(shí)間。(5)改變超聲波頻率。

導(dǎo)能線的近場(chǎng)設(shè)計(jì)


塑膠零件的導(dǎo)能線設(shè)計(jì)應(yīng)盡量接近焊頭裝置,近場(chǎng)設(shè)計(jì)有利于超聲波能量的傳遞。距離太遠(yuǎn),由于塑膠零件的內(nèi)部阻尼作用,將會(huì)大大衰減和抑制超聲波振動(dòng)的能量,需要提升超聲波功率或振幅來(lái)改善超聲焊接質(zhì)量。

導(dǎo)能線的水平設(shè)計(jì)


塑膠零件的導(dǎo)能線設(shè)計(jì)應(yīng)盡量設(shè)計(jì)在同一水平面上,以利于超聲波能量從焊頭同一時(shí)間傳遞到導(dǎo)能線上。導(dǎo)能線設(shè)計(jì)在不同的平面上,超聲波傳遞路線就會(huì)出現(xiàn)不同的段差,導(dǎo)致在距離焊頭近的導(dǎo)能線先融化,而距離焊頭遠(yuǎn)的導(dǎo)能線未融化,增加整個(gè)超聲設(shè)備調(diào)機(jī)的難度,需要不斷的去嘗試不同的焊接時(shí)間以及焊接功率來(lái)補(bǔ)償設(shè)計(jì)的不足。

由于超聲波焊接的影響因素復(fù)雜多樣,而且超聲波本身焊接時(shí)間短,焊接后產(chǎn)品難于檢測(cè)焊接質(zhì)量,所以為獲得高焊接強(qiáng)度和密封要求的合格產(chǎn)品,必須選擇合適的超聲焊接設(shè)備,合理的設(shè)計(jì)塑膠零件和焊接頭的結(jié)構(gòu),根據(jù)塑膠原料的物性表慎重的選擇塑膠原料的種類,通過(guò)調(diào)整焊接設(shè)備的焊接工藝參數(shù),掌握超聲波的焊接機(jī)理,更好地把這項(xiàng)工藝應(yīng)用到塑膠產(chǎn)品上,提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。