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超声波焊接线超音波导能线设计介绍

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超声波焊机焊接产品的焊接线设计,超声波导能线:①  能量导向、②  剪切设计;所有其它的变化都可归类于这两种类型或混和类型。

1、能量导向

能量导向是一种典型的在将被焊接的一个面注塑出突起三角形柱。能量导向的基本功能是:集中能量,使其快速软化和熔化接触面。能量导向允许快速焊接,同时获得最大的力度。在这种导向中,其材料在部分流向接触面。能量导向是非晶态材料中最常用的方法。

能量导向柱的大小和位置取决于如下几点:

①  材料

②  塑料件结构

③  使用要求。

图7所示为能量导向柱的典型尺寸。当使用较易焊接的材料,如聚苯乙稀等硬度高、熔点低的材料时,建议高度最低为0.25mm。当材料为半晶体材料或高温混合脂时(如聚乙碳),则高度至少要为0.5mm。当用能量导向来焊接半晶体树脂时(如乙缩荃、尼龙),最大的连接力主要从能量导向柱的底盘宽度来获得。

塑胶制品的结构设计

塑胶制品的结构设计直接影响超声波焊接的效果

没有规则说明能量导向应做在塑料件哪一面,特殊情况要通过实验来确定。当两个塑料件村质、强度不同时,能量导向一般设置在熔点高和强度低的一面。

根据塑料件要求(例如水密、气密性、强度等),能量导向设计可以组合、分段设计。例如:只是需要一定的强度的情况下,分段能量导向经常采用(例如手机电池等)。如图8所示。

塑胶制品的结构设计

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2、能量导向设计中对位方式的设计

上下塑料件在焊接过程中都要保证对位准确,限位高度一般不低于1mm,上下塑料平行松动位必须很小,一般小于0.05mm。基本的能量导向可合并为连接设计,而不是简单的对接,包括对位方式。采用能量导向的不同连接设计后例子包括以下几种:

插销定位:图9所示为基本的插销定位方式,插销定位中应保证插销件的强度,防止超声波震断。


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台阶定位:图10所示为基本的台阶定位方式,如h大于焊线的高度 ,则会在塑料件外部形成一条装饰线,一般装饰线的大小为0.25mm左右,创出更吸引人的外观,而两个零件之间的差异就不易发现。图11所示台阶定位,则可能产生外溢料。图12所示台阶定位,则可能产生内溢料。图13所示台阶定位为双面定位,可防止内外溢料。

企口定位:如图14所示(见上页),采用这种设计的好处是防止内外溢料,并提供校准,材料容易有加强密封性的获得。但这种方法要求保证凸出零件的斜位缝隙,因此使零件更难于注塑,同时,减小了焊接面,强度不如直接完全对接。

底模定位:如图15所示,采用这种设计,塑料件的设计变得简单,但对底模要求高。通常会引致塑料件的平行移位,同时底模固定太紧会影响生产效率。

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焊头加底模定位:如图16所示,采用这种设计一般用于特殊情况,并不实用及常用。

其它情况:

A:如图17所示,为大型塑料件可用的一种方式,应注意的是下支撑模具必须支撑住凸缘,上塑料件凸缘必须接触焊头,上塑料件的上表面离凸缘不能太远,如必要情况下,可采用多焊头结构。

B:如连接中采用能量导向,且将两个焊面注成磨砂表面,可增加摩擦和控制熔化,改善整个焊接的质量和力度。通常磨砂深度是0.07mm-0.15mm。

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C:在焊接不易熔接的树脂或不规则形状时,为了获得密封效果,则有必要插入一个密封圈。如图18所示。需要注意的是密封圈只压在焊接末端。图19所示为薄壁零件的焊接,比如热成形的硬纸板(带塑料涂层),与一个塑料盖的焊接。


3、剪切式设计

在半晶体塑料(如尼龙、乙缩醛、聚丙烯、聚乙烯和热塑聚脂)的熔接中,采用能量导向的连接设计也许达不到理想的效果。这是因为半晶体的树脂会很快从固态转变成融化状态,或者说从融化状态转化为固态,而且是经过一个相对狭窄的温度范围,从能量导向柱流出的融化物在还没与相接界面融合时,又将很快再固化。因此,在这种情况下,只要几何原理允许,我们推荐使用剪切连接的结构。

采用剪切连接的设计,首先是熔化小的和最初接触的区域来完成焊接,然后当零件嵌入到一起时,继续沿着其垂直壁,用受控的接触面来融化。如图20所示,这样,可获得强劲结构或很好的密封效果,因为界面的熔化区域不会让周围的空气进来。由于此原因,剪切连接尤其对半晶体树脂非常有用。


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剪切连接的熔接深度是可以调节的,深度不同所获得的强度不同,熔接深度一般建议为 0.8-1.5mm。当塑料件壁厚较厚及强度要求高时,熔接深度建议为1.25x壁厚。

图21所示为几种基本的剪切式结构:

剪切连接要求一个塑料壁面有足够强度能支持及防止焊接中的偏差。有需要时,底模的支撑高于焊接位,提供辅助的支撑。

  下表所示为零件大小尺寸和接触面、零件误差的大概尺寸:

零件最大尺寸

接触面尺寸

零件尺寸允许误差

<18mm

0.2mm-0.3mm

±0.025mm

18mm-35mm

0.3mm-0.4mm

±0.05mm

>35mm

0.4mm-0.6mm

±0.075mm

当零件尺寸大于90mm时,或零件有不规则的形状时,建议不采用剪切连接。这是因为注塑时很难控制误差及变形使其保持一致。如果是上述情况,建议采用能量导向的形式。

图22所示为双面剪切式设计

图23所示为扣式焊线设计,用于高强度,但上下塑料件不接触的情况下。在特殊情况下,可用于增加密封圈的情况。

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