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          1. 超聲波塑料焊接要想焊接好原來需要這樣設計熔接面---潮陽超聲波點熔機

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            超聲波塑料焊接要想焊接好原來需要這樣設計熔接面---潮陽超聲波點熔機

            我們欲求產品達到水、氣密、焊接牢固外觀精美的功能時,定位與超聲波導熔線是成敗的重要關鍵,所以在產品設計時的考慮,如:定位、材質、肉厚,與超聲波導熔線的對應比例有絕對的關系。---潮陽超聲波點熔機

            超聲熔接線設計是為了便于塑膠件的超聲波焊接,而預置在塑膠上的一種尖而細的線型結構,也稱作超聲波導熔線或超聲波焊接線。其形狀多設計成等腰三角形或者半圓弧形,不過與等腰三角形截面積相同的半圓弧形超聲線,其高度比等腰三角形超聲線的高度低,在超聲波能量低時,不易出現超聲虛焊,且半圓弧形截面的超聲線能使超聲波能量均勻分配在焊接區域各部位,最大限度地利用超聲波焊接機所產生的壓力和釋放的能量,既節約能源,又使超聲線熔接充分,保證塑膠件狹小空間內焊接區域各部位都牢固連接、美觀;同時,在填充料量足夠的前提下,可以節省焊接空間,非常適用于狹小的焊接空間,還可以節省超聲線設計的空間,提高單位面積設計空間的有效利用率。

            為了獲得完美的、穩定性高的熔接效果,超聲波塑料焊接焊接件的結構設計必須首先考慮如下幾點: 1.是否需要水密、氣密。 2.是否需要完美的外觀。 3.是否適合焊頭加工要求。 4.焊縫的大?。匆紤]所需強度)。 5.避免塑料熔化或合成物的溢出。

            超聲波焊接機焊件熔接面三項基本設計準則:1. 兩熔接面的最初接觸面積必須減小,以降低初期與最后的完全熔化所需要的總能量,使 焊頭與工件的接觸時間降低至最少因而減低造成傷痕的機會,也因此減少溢膠;2. 提供一種能使二熔接面相互對位的方式,在搭配塑件的設計中可采用插針與插孔,階梯或溝槽的方式,而不應采用固定在焊頭或底模內的方式,這樣可確保準確與穩定的對位并避免造成傷痕;3. 整個熔接面必須均勻一致與緊密接觸,盡可能保持在同一平面,這樣的形狀能使能量均勻傳導,有利于取得一致的與可控制的熔接效果,并且能減低溢膠產生的可能性;---潮陽超聲波點熔機

            熔接面有導熔線和剪切兩種主要設計類形.

            導熔線:導 熔線實際上是在二熔接面之一上形成一條三角形凸出材料,導熔線的基本作用是聚集能量并且迅速把要熔接的另一面熔解,導熔線能快速熔解并達到最高的熔接強 度,原因是導熔線本身的材料熔解并且流到整個熔接區域,導熔線設計是非晶型材料所采用最廣泛的熔接面設計,當然半晶材料亦可采用這種設計.2. 導熔線的尺寸和位置取決于以下因素:1.材料;2.熔接要求;3.工件大小;導熔線必須愈尖愈好,圓頂或扁平的導熔線將減低熔膠流動的效率,當熔接相對容易熔接的塑料(如高硬度和低熔解溫度的PS),建議導熔線的高度不可低于 0.25㎜,若熔接半晶型或高熔解溫度之非晶型塑料(如PC),導熔線高度不可低于0.5㎜;對于采用導熔線設計的半晶型塑料(如PA),熔接強度是來自 導熔線三角型的底線之寬度.頂角隨壁厚而改變;原則上導熔線設置在哪一邊的塑件的熔接面上是沒有任何分別的.但在熔接兩種不同材料的特殊情況下,一般上是 將導熔線設置在熔解溫度和硬度較高的那一邊的工件的熔接面上;導熔線的設計要有能相互對位的功能如插針與插孔,肋狀對位片,溝槽設計,或需要良好的支撐. 熔接區域不可放置頂針;

            下面是幾種比較典型的導熔線的結構設計:

            1.階梯熔接面

            一階梯熔接面設計主要用于需要精確對位與完全不可接受過熔或溢膠出現在外露表面的高質量要求上;設計注 意(圖1.)圍繞整個工件接口之額外0.25至0.64㎜的空隙,這新增的“影線(美工線)”設計特性使熔接完畢后接口四周將出現0.25至0.64㎜之 空隙.如此會產生美觀的效應,因為工件與工件之間的變形不易被發覺.如果完全密合,很可能會在某些位置出現溢膠,在別的位置卻出現微隙;美工線的設置使微 小的變形不易被察覺.這款導熔線設計采用與平頭加導熔線設計一樣的基本概念(就是:材料、熔接要求、工件大小).注意這款設計的壁厚要求最小尺寸為2㎜ 2. 溝槽式之熔接面設計

            —這種設計的主要優點是能從裹外二面防止溢膠,并且可提供對位功能.由于熔膠被封,因此提高達到水氣密的機會. 也由于溝槽的設計需要一定的公差配合,因此也增加成型的困難度.同時,由于熔接面積的減少,往往造成它的熔接強度比不上平頭接面設計,這款導熔線設計采用 與平頭加導熔線設計一樣的基本概念(就是:材料、熔接加工要求、工件大小).注意這款設計的壁厚要求最小尺吋為2㎜---潮陽超聲波點熔機

            3. 咬花面設計

            --此設計是專為配合導熔線設計使用,熔接面有咬花形狀可改善整體熔接質量和強度,原因在于粗糙面能增進摩擦與 控制熔解(圖3.).通常咬花深度0.076至0.152㎜,其變化視導熔線高度而定.往往得到的優點包括強度的增進、溢膠或微粒的減少、熔接時間的減短 以及振幅的減低; 4. 十字交叉熔接面設計

            —在塑件的二熔接面上都設計導熔線并且使它們互呈垂直交叉,使初接觸面減至最低并使大量的塑料熔接以增加熔接強度(圖4).這種導熔線的每一段尺寸可采取標準導熔線尺寸的60%左右.若 欲取得水氣密的熔接效果,建議一方的導熔線設計采用如圖5.所示之連續鉤齒狀.同時建議導熔線的頂角角度為600而非標準型的900,同時還建議把比鉤齒 狀設計之導熔線設置在與焊頭接觸邊的塑件上.應注意的是,此款設計將產生大量的溢膠,因此必須考慮溢膠的問題或采用有溢料槽設計的熔接面如溝槽式的熔接面 設計 5. 垂直于墻壁的導熔線設計
            —用于增加抗撕裂與減少溢膠(圖6),這種設計僅適用于只需要結構性的熔接而已;

            6. 間斷的導熔線設計—

            可減少熔接面積因此降低能量或所需的功率層級,這種設計只能用于非水氣密的結構性熔接而已(圖7); 7. 鑿子型導熔線

            —為壁厚不及1.524㎜之工件所采用(圖10.)如果在此等薄壁厚之塑件上使用標準導熔線,熔接強度將會減弱.尖刀處可采0.381至0.508㎜之高度并且采用450角.由于熔接強度取決于導熔線之寬度,當采用此款導熔線設計時必須配合使用咬花面;

            8. 鑿子型導熔線

            —為壁厚不及1.524㎜之工件所采用(圖8)如果在此等薄壁厚之塑件上使用標準導熔線,熔接強度將會減弱.尖刀處可采0.381至0.508㎜之高度并且采用450角.由于熔接強度取決于導熔線之寬度,當采用此款導熔線設計時必須配合使用咬花面; 9. 特殊熔接面設計—為了使較難熔接的塑料或外型不規則之塑件達到水氣密熔 接,可能需要使用彈性油封與旋繞道以阻隔熔膠之流動.圖9.顯示一種配合“O”型環的熔接面設計.有一要點應注意“O”型環在熔接完畢后只壓縮10%至 15%而已.柱狀塑件與插孔(大頭柱子熔接)亦可成功的配合“O”型環以達到水氣密;---潮陽超聲波點熔機

            1.剪切的設計注意點:

            剪切式熔接面設計—在熔接尼龍、乙縮醛、聚乙烯、聚丙烯和熱塑性聚酯這類半晶型 塑料時,采用導熔線設計有時是不能達到預期效果的.這是因為這類半晶型塑料在相對很狹窄的溫度變化范圍內迅速從固態再變回固態.導熔線熔化時還未來得及與 對面塑件熔合即開始固化,因此熔接強度只賴由三角形之寬度所提供.因此當熔接以上塑料,如果外型許可的話的建議采用剪切式熔接面設計,可達到理想的熔接效 果.剪切式熔接面的熔接過程是,首先熔化開始接觸的小面積材料,然后沿著壁面繼續垂直向下而有控制的導引入下工件裹頭去(請觀看圖10).這種熔 接方式絕對不會讓四周的空氣接觸到熔解區域,因此可獲得高強度的結構性或水氣密的熔接.由于上述原因,剪切式熔接設計特別適用于半晶型塑料材料;熔接強度與熔接面垂直向下的熔接面積有直接關系.強度可由改變熔接深度去達到個別應用的熔接要求.注意:若熔接強要求超過墻壁的接強,建議熔接深度為壁厚之1.25倍;剪切式熔接需要有堅固的側邊墻壁支撐以避免熔接時變形.下工件的四周墻壁高度必須高至接口位置,內壁必須與工件外部型體完全吻合.上工件的整體結構也應十分堅固以防止內傾變形.對于熔接部位在墻壁中央位置,可采用圖11.所示的變體溝槽設計.這種設計也適用于大型塑件的熔接.建議采用單邊干涉如圖12.所示 應當注意的是如果工件最大尺吋在89㎜或更大并且復雜或者有直角的轉角就不宜采用剪切式熔接設計,因為這會給上 下工件之間所必須保持的成型公差帶來困擾.也就是難于保持穩定的熔接效果.在這種情況下只能建議采用導熔線設計.當只需要結構性熔接而已.(即不要求強度 與水氣密),可采用圖13.所示的間斷性的垂直導熔線設計.如此可減少整個熔接面積,也因此減少所需的能量或功率.傷痕出現的機會亦可大大的減少提供干涉尺吋與工件尺吋公差對應于最大之工件外形尺吋 熔接面設計的其它考慮:1.直角轉角會聚集應力.如果塑件上面有若干應力聚集點,在經過超音波機械振動后,塑件的高應力區域如轉角、邊沿與交界處可能出現斷裂或其它的傷痕.補救的措施是盡量增加轉角之圓弧度(0.508㎜).請參閱圖152. 塑件上的孔位或缺口像氣孔類的開口會阻斷焊頭傳送出來的超音波能量(圖16).它對熔接的影響取決于塑件材料種類(尤其是半晶型塑料)和開口的大小,在缺 口的正下方幾乎沒有辦法熔接.當塑件上有缺口或有轉彎形狀,塑料將會阻礙能量的傳導,使能量更難到達熔接面,尤其是剪切式熔接.在塑件設計過程當中應特別 注意避免此類問題的發生.由于鋼模設計不當造成塑件內出現氣孔,這種情況也會使能量傳導受阻或使塑件穿孔;3.近場與遠場熔接之對比一近場熔接指 的是熔接面距離焊頭接觸位置在6.35㎜以內;大于6.35㎜的距離則為遠場熔接(圖17),如上所述,因為半晶型分子結構塑料會阻礙振動能量的傳導,所 以難以對它們作遠場熔接.至于非晶型塑料,由于分子隨意排列,振動能量容易在其間傳導并且衰減也很小.在低硬度塑料裹頭也會發生振動能量的衰減現象.因此 在設計塑料產品過程當中應考慮到是否有足夠的能量傳達熔接面;

            4.塑件的分肢,柄,或其它細節—機械振動會影響塑件內外表面上的各種突出物,可能造成斷裂(圖18.)下列各種措施能減低或消除這種影響:?將突出物與主體連接處設計成最大的圓弧狀.?利用外加手段削減連接處的扭折.?增加材料的厚度.?評估采用其它頻率的超聲波

            5.薄膜效應—一種能量聚集效應造成塑件出現燒穿現象.在平的圓形的、壁厚較薄的位置最為常見,通過采取下列一個或結合數個措施可以克服這種現象(圖19)減少熔接時間 改變振幅 采用振幅剖析 在焊頭上設計節點活塞 增加壁厚 使用內部支撐肋骨評估其它頻率6. 超聲波模具接觸與放置位置在塑件熔接時可扮演舉足輕重的角色.一般而言,焊頭的尺寸應該大到足以遮蓋整個工作,因此從頂直接施壓在熔接區域上,(圖20.)這有 利于機械振動能量的傳導并可避免接觸面留下傷痕.焊頭或塑件的表面也可以在熔接區域凸起以增進接觸的效能;如此將改善熔接效果的穩定度,注意:焊頭與工件 的接觸面必須大于熔接區域的總面積,否則將有可能導至表面傷痕. 另:1.相同熔點的塑料材質熔接強度愈強。2.塑料材質熔點差距愈大,熔接強度愈小。3.塑料材質的密度愈高(硬質)會比密度愈低(韌性高)的熔接強度高。---潮陽超聲波點熔機

            超聲波整體塑料件的結構1.1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。1.2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,從而產生燒傷、穿孔的情況(如圖1所示),在設計時可以罐狀頂部做如下考慮

            ○1 加厚塑料件 ○2 增加加強筋○3 焊頭中間位置避空1.3尖角如果一個注塑出來的零件出現應力非常集中的情況,比如尖角位,在超聲波的作用下會產生折裂、融化。這種情況可考慮在尖角位加R角。如圖2所示。1.4塑料件的附屬物注塑件內部或外部表面附帶的突出或細小件會因超聲波振動產生影響而斷裂或脫落,例如固定梢等(如圖3所示)。通過以下設計可盡可能減小或消除這種問題:

            ○1 在附屬物與主體相交的地方加一個大的R角,或加加強筋。 ○2 增加附屬物的厚度或直徑。1.5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生干擾和衰減(如圖4所示),根據材料類型(尤其是半晶體材料)和孔大小,在開口的下端會直接出現少量焊接或完全熔不到的情況,因此要盡量預以避免。1.6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(如圖5所示),對這種設計應盡量避免。

            1.7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,遠距離焊接則大于6mm,超聲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。1.8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。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對稱設計。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(如圖6所示),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)。焊接線的設計2 超聲波焊接線的設計超聲波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:○1 能量導向 ○2 剪切設計2.1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:○1 材料 ○2 塑料件結構○3 使用要求圖7所示為能量導向柱的典型尺寸,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。---潮陽超聲波點熔機

            沒有規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,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,分段能量導向經常采用(例如手機電池等),如圖8所示。

            2.2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:圖9所示為基本的插銷定位方式,插銷定位中應保證插銷件的強度,防此超聲波震斷。

            臺階定位:圖10所示為基本的臺階定位方式,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,創出更吸引人的外觀,而兩個零件之間的差異就不易發現。

            圖11所示臺階定位,則可能產生外溢料。圖12所示臺階定位,則可能產生內溢料。圖13所示臺階定位為雙面定位,可防止內外溢料。

            ○1 企口定位:如圖14所示,采用這種設計的好處是防止內外溢料,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。---潮陽超聲波點熔機

            ○2 底模定痊:如圖15所示,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效果。

            ○3 焊頭加底模定位:如圖16所示,采用這種設計一般用于特殊情況,并不實用及常用?!? 其它情況:A:如圖17所示,為大型塑料件可用的一種方式,應注意的是下支撐模具必須支撐住凸緣,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。

            B: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則形狀時,為了獲得密封效果,則有必要插入一個密封圈,如圖18所示,需要注意的是密封圈只壓在焊接末端。圖19所示為薄壁零件的焊接,比如熱成形的硬紙板(帶塑料涂層),與一個塑料蓋的焊接。2.3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轉變成融化狀態,或者說從融化狀態轉化為固態。而且是經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域來完成焊接,然后當零件嵌入到下起時,繼續沿著其垂直壁,用受控的接觸面來融化。如圖20所示,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節的,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。圖21所示為幾種基本的剪切式結構:---潮陽超聲波點熔機

            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。下表所示為零件大小尺寸和接觸面、零件誤差的大概尺寸: 零件最大尺寸 接觸面尺寸 零件尺寸允許誤差<18mm 0.2mm-0.3mm ±0.025mm18mm-35mm 0.3mm-0.4mm ±0.05mm>35mm 0.4mm-0.6mm 
            ±0.075mm當零件尺寸大于90mm時,或零件有不規則的形狀時,建議不采用剪切連接。這時因為注塑時很難控制誤差及變形使其保持一致。如果是上述情況,建議采用能量導向的形式。圖22所示為雙面剪切式設計

            圖23所示為扣式焊線設計,用于高強度,但上下塑料件不接觸的情況下,在特殊情況下,可用于增加密封圈的情況。---潮陽超聲波點熔機
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