振動摩擦焊接機(jī)原理工藝及應(yīng)用

振動摩擦焊接機(jī)原理工藝及應(yīng)用

1、線性和軌道式振動早接簡介

　　工業(yè)上用摩擦來焊接熱塑性材料是一門廣泛應(yīng)用的技術(shù). 該法是將兩個熱塑性塑工業(yè)上用摩擦來燁接熱塑性材料I我燁接。像其他熱塑性塑塑料焊接方法一料的表面在起摩擦， 直到表面熔化并流動到一起完成一次成型且批量生產(chǎn)時采用。摩擦焊樣，摩擦焊接也是由于注模成型部作牛形狀復(fù)雜，面不能”加汽車保險杠、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管和其他引接方法主要應(yīng)用于汽車I業(yè)中焊接件的批量生產(chǎn)，如汽車保險杠、發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管、發(fā)動機(jī)引擎罩下的部件.

有四種類似的熱塑性摩擦焊接方法 ，

●直線型振動(線性振動)

●軌道振動

●角形振動

●旋轉(zhuǎn)摩擦焊接

　　線性振動焊接熱塑性塑料是最常用的摩擦焊接方法。該方法是利用接頭表面的線性往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生的熱量進(jìn)行即接軌道式振動焊接是利用提頭表面以但定的速率軌道式運(yùn)動，產(chǎn)生即提加工所需的熱量實現(xiàn)焊接的。線性報動和軌道式振動方法經(jīng)常用于由于部件太大而不能來用超聲波焊接的場合。角摩照焊接用來焊接圓形都件。這些部件之間的相互對準(zhǔn)非常重要。該方法是利用兩↑那件之間角形往復(fù)運(yùn)動的摩擦產(chǎn)生熱來焊接的。自從微處理器控制技術(shù)出現(xiàn)后，角摩擦焊接已經(jīng)幾乎被帶旋轉(zhuǎn)位置控制的旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備所替代，并因此從工業(yè)應(yīng)用中消失。旋轉(zhuǎn)焊接和角摩擦焊接將在以后詳細(xì)描述.

　　振動焊接方法與其他熱塑性塑料焊接方法相比有許多優(yōu)點。對于較大的部件，與其他焊接方法(如熱板焊接)相比，焊接時間相對較短。例如，一個簡單的四面盒子(尺寸200mmX 200mm x 3mm),振動焊接通常需要50~ 60s，面采用熱板焊接一般需要120~180s.

　　另一方面，與其他熱塑性材料焊接方法相比，焊接設(shè)備的基本費(fèi)用高(線性振動焊接設(shè)備的更高)。線性振動焊接設(shè)備的費(fèi)用是超聲波焊接設(shè)備的5~6倍[41。然面還應(yīng)該注意到，一臺振動設(shè)備所能焊接的焊接面積相當(dāng)于兒臺超聲波焊接設(shè)備焊接面積。所以，總體花費(fèi)上其實相差不多。除了設(shè)備花費(fèi)以外，振動焊接的夾具也相對較貴。通常，振動焊接方法焊接的部件數(shù)量大約是熱板焊接方法的4倍。盡管那件的幾何形狀是超聲波焊接方法的一個限制因素，但是與超聲波焊接相比，振動焊接的加工周期大約長4~5倍。

　　薄壁(通常少于1.5mm)都件的焊接為線性摩擦焊接提出了難題，特別是當(dāng)振動方向跨越部件璧的時候。在這些應(yīng)用中需要仔細(xì)設(shè)計部件，以避免壁面發(fā)生彎曲，此時采用軌道式振動娜接更合適，因為這樣部件壁面的每一個部分都會進(jìn)行縱向和橫向運(yùn)動，并且界面速率保持恒定。

　　最后，在設(shè)計振動(線性和軌道式)焊接的部件時，需要在振動傳播方向上有一個單獨的平面接頭，這是一個明顯的缺點。對于線性振動焊接部件，容許接頭處有大約10”的輕微傾斜，盡管這種情況應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)。

2、線性和軌道式振動焊接工藝

2.1 線性振動焊接

　　熱塑性塑料的線性視動原握焊接是指兩個生射成型的熱型性領(lǐng)料那件，在軸向力作用下以線性和正強(qiáng)方式往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生摩擦。圖9.1描述了這種

相對運(yùn)動。摩擦運(yùn)動在焊接表面產(chǎn)生的摩擦熱必須足以使熱塑性材料熔化和流動。焊接時間、焊接壓力(在接觸面的壓力)和界面速率的共同作用，產(chǎn)生了焊接面熔化所需的熱量。界面速率是振幅(A)和設(shè)備振動頻率(W)的函數(shù)(見9.3部分)。

　　表9.1總結(jié)了線性振動焊接周期和每一步所需典型時間。

   　將待焊件放進(jìn)夾具里，振動燁接設(shè)備開始啟動。待焊件可以預(yù)先裝配好，然后放進(jìn)下夾具，也可以將一個部件放進(jìn)下夾具，另一個放進(jìn)上夾具。放在上夾具的部件可以通過真空系統(tǒng)或其他機(jī)械夾具結(jié)構(gòu)固定在適當(dāng)位置。按下兩個按紐啟動手動焊接。使用兩個按鈕是為了使操作者的兩只手同時被占用，以避免將手夾人移動的設(shè)備中。然后將門關(guān)閉，這同樣是為了避免焊接過程中將手夾住，同時也可以降低減速箱的噪聲。最后下夾具臺上升，開始實際的振動和冷卻焊接周期。根據(jù)被焊件的尺寸和形狀，振動和冷卻步驟各需要約15s。根據(jù)所使用設(shè)備類型，振動頻率范圍從100~ 300Hz.在一個典型的10s焊接周期中，焊接件一共摩擦1000~ 3000次。焊接會有2~4圈的振動，以獲得最大的振幅并克服慣性。因為這僅僅是振動周期的一部分，所以這對焊接件的質(zhì)量并沒有影響。

　　降下夾具，將焊成件放在合適位置，打開門，焊接周期完成。然后，焊成件可被人工移走或被合適的傳送系統(tǒng)移走。

2.2軌道式振動焊接

　　在軌道式摩察焊接時，注射成型部件在軸向力作用下以軌道運(yùn)動方式進(jìn)行摩擦。兩個部件之間接觸面運(yùn)動的有效面積為很小的圓或橢圓，直徑大約1~-2mm摩擦運(yùn)動在焊接表面產(chǎn)生的摩擦熱，必須足以使熱塑性塑料表面熔化并流動。在焊接壓力(接觸面的壓力)，燁接時間和界面速率的共同作用下，產(chǎn)生使焊接表面熔化的足夠熱量。界面速率是振幅和設(shè)備振動頻率的函數(shù)(見9.3部分)。該方法更適用于器壁相對較薄(<2mm)，通常不能采用線性振動焊接部件。與線性振動焊接不同，兩個部件在在焊接面的相對運(yùn)動與部件周圍所有線性振動爆接的部件。與線性振動焊接種相對運(yùn)動一 科-種平行于部件壁，一種垂直于部件壁。焊點是相間的。線性振動焊接中有兩時于另兩邊則進(jìn)行橫向運(yùn)動。軌道式焊接(向運(yùn)動同時第一點都將經(jīng)歷橫向和縱向運(yùn)接個方盒部件時，有沿兩邊的縱部件壁的方向，邶接表面的游的橫向運(yùn)動基本近似。中，在給定時間內(nèi)，軌道相對于部二分之一軌動在二分之一軌道的縱向運(yùn)動和另

能也分成幾個步驟。大部分步驟所需要的時間與線性振動焊接方法-樣，軌道式振動焊接也.步所需典型時間類似。與表9.2中所列線性振動方法中每一

與線性振動焊接相比，軌道式振動焊接傾向于焊接尺寸更小的部件，所以振動和冷卻時問通常較矩，與線性振動都接樣，將部件裝人焊接設(shè)備后，，開始振 動焊接周期。部件以相同的方式裝人軌道式振動焊接設(shè)備(見9.2.1部分)，通過兩個按鈕或自動控制系統(tǒng)啟動焊接設(shè)備。同樣，將設(shè)備柜封閉以減少焊接過程中的噪聲。

2.3 工藝控制

　　振動焊接中，軌道式振動焊摟和線性振動焊接的工藝控制相似。例如在振動焊接中有許多操作/控制模式，包括時間或位移焊接，并且這種特殊模式根據(jù)所用的設(shè)備、設(shè)備制造廠和應(yīng)用變化面改變。隨著微處理器的出現(xiàn)，設(shè)備采用時間和位移焊接參數(shù)同步反饋的邏輯程序控制.

首先，最普通的方式/模式是按照時間焊接，將部件裝人振動焊接設(shè)備，啟動設(shè)備。當(dāng)兩個部件開始接觸，微處理器(控制器)感應(yīng)到下夾具板已停止向上移動，就啟動振動循環(huán)。通常兩個部件接觸后要有短暫的時間(通常1s)使壓力在振動前達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)根據(jù)時間焊接時，振動運(yùn)動到固定預(yù)定時間后停止，開始冷卻。在振動焊接過程中，微處理器能連續(xù)監(jiān)測下夾具臺的位移。在移動的下夾具臺和垂直固定的振動頭之間用一個位移傳送器就可以獲得位移數(shù)據(jù)。通過監(jiān)測位移可以對焊接操作進(jìn)行一定程度的質(zhì)量控制。開始振動焊接前，設(shè)備中應(yīng)設(shè)定位移限制。例如對一個設(shè)定好的焊接操作，沒有達(dá)到低位限制或超過了高位限制，設(shè)備將報警，提醒操作者檢查焊接件。

　　當(dāng)按照位移焊接時，焊接過程中，微處理器(控制器)監(jiān)測下夾具板的位移，當(dāng)材料位移達(dá)到設(shè)定水平時，運(yùn)動停止，開始振動焊接頭。位移傳送器通常是一個線性編碼器，以確保能精確測量部件的變形/錯位。與采用時間燁接一樣，設(shè)備的下夾具臺上升，直到部件間相互接觸，停留一小段時間，待壓力穩(wěn)定后開始振動。為了確保較高的焊接質(zhì)量，在設(shè)備內(nèi)設(shè)定焊接時間。如果焊接操作沒有達(dá)到最低時限或超過了最高時限，操作者應(yīng)從生產(chǎn)線上拿走部件并進(jìn)行檢查。