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影响超声波塑料焊接的因素与设备配置
时间:2023/06/30 19:43:00
作者:晨凤实业
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影响超声波塑料焊接的因素

其最主要的因素包括聚合物结构,熔化温度、柔韧性(硬度)、化学结构。

1、聚合物结构:

非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化 及至流动的温度(Tg玻璃化温度)。这类树脂通常能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力/振幅范围内实现良好的焊接。

半结晶型聚合物分子排列有序,有明显的熔点(Tm熔化温度)和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的,能吸收部分高频机械振动。所以此类聚合物是不易于将超声波振动能量传至压合面,帮要求更高的振幅。需要很高的能量(高熔化热度)才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态,这也决定了这类材料熔点的明显性,熔化的材料一旦离开热源,温度有所降低便会导致材料的迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊性(例如:高振幅、接合点的良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备)才能取得超声波焊接的成功。

2、熔化温度

聚合物的熔点越高,其焊接所需的超音波能量越多.

3、硬度(弹力系数)

材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来,愈硬的材料其传导力愈强。

4、 化学结构

超声粘接是塑胶玩具业中使用得非常广泛的一种紧固联接的方法,但并非所有的塑胶都可以超声粘接的。这跟塑胶的性能有关系,一般来讲,非极性化合物(如PP, PE)是很难超声的,极性化合物是可以超声的,而且极性化合物之间也是可以超声的,如PS与PMMA之间是可以超声的,典型的产品,如望远镜系列,望远镜的镜片是PMMA的,而镜身可能是PS或者ABS,就可直接把PMMA镜片超声粘接到PS或者ABS镜身上,而一般来说,玩具产品中的硬胶使用得最多的就是聚苯乙烯(PS)及其改良品种,所以超声粘接使用得最多的就是PS。

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设备配置

超声波塑料焊接设备由气压传动系统、控制系统、超声波发生器、换能器及工具头和机械装置等组成。


1、气动传动系统

包括有:过滹器、减压阀、油雾器、换向器、节流阀、气缸等。

工作时首先由空压机驱动冲程气缸,以带动超声换能器振动系统上下移动,动力气压在中小功率的超声波焊接中气压根据焊接需要调定。

2、控制系统

控制系统由时间继电器或集成电路时间定时器组成。主要功能是:一是控制气压传动系统工作,使其焊接时在定时控制下打开气路阀门,气缸加压使焊头下降,以一定压力压住被焊物件,当焊接完后保压一段时间,然后控制系统将气路阀门换向,使焊头回升复位;二是控制超声波发生器工作时间,本系统使整个焊接过程实现自动化,操作时只启动按钮产生一个触发脉冲,便能自动地完在本次焊接全过程。整个控制系统的顺序是:电源启动一触发控制信号,气压传动系统,气缸加压焊头下降并压住焊触发超声发生器工作,发射超声并保持一定焊接时间,去除超声发射,继续保持一定压力时间,退压,焊头回升,焊接结束。

3、超声波发生器

(1)功率较大的超声波塑料焊接机,发生器信号采用锁相式频率自动跟踪电路,使发生器输出的频率基本上与换能器谐振频率一致。

(2)功率在500W以上的超声波塑料焊接机所用发生器采用自激式功率振荡器,也具有一定的频率跟踪能力。

4、超声波塑料焊接机使用的声学系统

(1)换能器

超声波塑料焊接机用的声学系统包括三个部分:1驱动部分2固定部分3工作部分。在以上三个组成部分中,驱动是核心,一般采用螺栓夹紧的纵向振动换能器,其中半波长纵向振子与四分之一的波长纵向振子,半波长纵向振与半波长聚能器相连接组成一个全波长塑料焊接换能器,而四分之一波长纵向振子与四分之一波长聚能器相连,组成一个半波长换能器。

(2)工具头

对不同的焊接对象需要有不同工具头,不管是近场焊接还是传输焊接,只有半波长的工具头才能使焊接端面达到最大的振幅。工具头,有带振幅放大的和不带振幅放大的两种,塑料焊接机用声学系统工具头,所用材料通常为铝合金,其端面镀硬质合金,功率较大时也有用钛合金材料制成的,该材料疲劳强度比铝合金高一倍多。

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