超聲波塑焊機(jī)原理、工藝、應(yīng)用

恒波超聲波設(shè)備公司是深圳知名超聲波塑焊機(jī)生產(chǎn)廠家，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)各種規(guī)格頻率功率超聲波塑料焊接設(shè)備，技術(shù)行業(yè)領(lǐng)先。

超聲波塑焊機(jī)是最為廣泛的熱塑性塑料連接設(shè)備之一，能夠生產(chǎn)出永久牢固和美觀的接頭。

超聲波塑焊機(jī)按照用途可分為四大類(lèi):

(1) 超聲波焊接Welding; (2) 超聲波鉚接Staking; (3)超聲波刺穿Spot; (4) 超聲波鑲嵌Inserting。在這我們將重點(diǎn)研究超聲波焊接(Ultrasonic Welding)原理、材料選擇和焊縫設(shè)計(jì)。

超聲波焊接過(guò)程描述

超聲波焊接利用高頻超聲波能量(15-50 khz)產(chǎn)生低振幅(1-100μm)機(jī)械振動(dòng)。這種振動(dòng)傳遞到部件連接接頭處，產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致熱塑性材料熔化，冷卻后形成焊縫。超聲波焊接是目前已知的最快的焊接技術(shù)，焊接時(shí)間通常在0.1秒到1.0秒之間。超聲波振動(dòng)在熱塑性塑料中產(chǎn)生正弦駐波。部分能量因?yàn)榉肿娱g摩擦而消散，導(dǎo)致材料溫度升高。另一部分被傳送到接頭處，因邊界摩擦產(chǎn)生局部加熱。因此，超聲波能量的最佳傳輸路徑以及后續(xù)接頭材料熔化行為，取決于零件的幾何形狀和材料的超聲波吸收特性。振源越靠近焊縫接頭，因?yàn)椴牧衔論p失的能量就越小。當(dāng)振源到接頭的距離小于6.4mm時(shí)，該過(guò)程被稱(chēng)為近場(chǎng)焊接。適用于具有高能量吸收特性的結(jié)晶材料和低剛度的材料。當(dāng)振源到接頭距離大于6.4mm時(shí)，該過(guò)程被稱(chēng)為遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。適用于具有低能量吸收特性的無(wú)定形材料和高剛度材料。在接頭表面容易產(chǎn)生高溫，是因?yàn)榻宇^表面“凹凸不平”，比材料本體更容易產(chǎn)生更大的應(yīng)變和更大的摩檫力。對(duì)于許多超聲波焊接應(yīng)用中，在上零件表面有一個(gè)三角形凸起，被稱(chēng)為導(dǎo)能筋，該特征有助于在接頭處聚集振動(dòng)能量。

在焊接過(guò)程中，超聲波振動(dòng)垂直于接頭表面。導(dǎo)能筋上尖點(diǎn)在壓力下與被焊接零件接觸。在尖點(diǎn)上產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)能筋開(kāi)始熔化。焊接過(guò)程可分為4個(gè)階段。

第一階段，導(dǎo)能筋頂部熔化，熔化速度加快，隨著接頭兩側(cè)間隙減少，熔融的導(dǎo)能筋完全鋪展并接觸下方零件，此時(shí)導(dǎo)能筋的熔化速度降低。

第二階段，上下兩零件面面接觸，熔化區(qū)域加大。

第三階段，穩(wěn)態(tài)熔化階段，形成具有一定厚度的熔融層，也伴隨產(chǎn)生恒定的溫度場(chǎng)。當(dāng)過(guò)程達(dá)到設(shè)定的焊接能量，或時(shí)間，或距離或其它控制條件時(shí)，超聲波停止。

第四階段，繼續(xù)保持壓力，一些過(guò)量的熔體被擠壓出焊縫，零件之間形成分子鍵連接并冷卻。

超聲波塑焊機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

超聲波塑焊機(jī)是目前工業(yè)中使用最為廣泛的塑料連接技術(shù)，具有快速，經(jīng)濟(jì)，易于集成自動(dòng)化，非常適合大批量生產(chǎn)作業(yè)，生產(chǎn)節(jié)拍可高達(dá)每分鐘60件。焊縫穩(wěn)定性好，強(qiáng)度高。焊接時(shí)間比其它焊接工藝都短，不需要復(fù)雜的通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)排除煙霧，以及冷卻系統(tǒng)排除多余熱量。能量利用率高。與其它塑料焊接工藝相比，生產(chǎn)效率更高，成本更低。模具設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)快速換模，增加了設(shè)備的利用率和通用性。因?yàn)楹缚p中不引入其它輔助焊接材料，所以焊縫干凈無(wú)雜質(zhì)，不影響設(shè)備的生物相容性，也廣泛使用在要求更高的醫(yī)療保健行業(yè)。超聲波焊接的局限性。當(dāng)產(chǎn)品尺寸超過(guò)250mmX300mm，焊頭設(shè)計(jì)困難，無(wú)法一次焊接完成。往往要采用多個(gè)焊頭同步焊接，或者單個(gè)焊頭多次焊接完成。超聲波焊接結(jié)果的好壞，與焊縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、注塑件尺寸誤差和變形有很大關(guān)系。超聲波振動(dòng)容易對(duì)敏感電子部件造成損傷，盡管采用更高頻率和降低振幅能夠減少這類(lèi)損傷。

超聲波塑焊機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域

超聲波焊接幾乎適用于所有主要行業(yè)。汽車(chē)：前燈、儀表盤(pán)、按鈕和開(kāi)關(guān)、燃料濾清器、液體容器、安全帶鎖扣、電子鑰匙鎖、燈組件、風(fēng)管。電子和電器：開(kāi)關(guān)、傳感器、執(zhí)行器等。醫(yī)學(xué)：過(guò)濾器、導(dǎo)管、醫(yī)用服裝、口罩。包裝：水泡袋、袋子、儲(chǔ)存容器、管嘴。

咖啡杯，材料PP或PBT，采用溝槽+導(dǎo)能筋焊縫設(shè)計(jì)。

電子產(chǎn)品配件，ABS塑料，超聲波鉚接工藝

交通反光標(biāo)志，車(chē)燈，PC+ABS材料，采用階梯式超聲波熔接線設(shè)計(jì)

電動(dòng)車(chē)車(chē)燈，ABS+PMMA，采用簡(jiǎn)單三角形超聲波焊接線

電子產(chǎn)品配件，超聲波鉚接，ABS+金屬片

醫(yī)療產(chǎn)品PC瓶子

汽車(chē)行業(yè)配件，（汽車(chē)電機(jī)）尼龍加玻纖，要求密閉，采用剪切式超聲波熔接筋

過(guò)濾膜/吸音棉裝配，材料尼龍+30%玻纖，采用超聲波點(diǎn)焊，穿刺焊接

電器產(chǎn)品外殼，銅螺母植入，超聲波埋植