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塑膠零件的超聲波焊接結構設計

2021-07-21 15:33
近年來，超聲波焊接工藝以焊接速度快、能耗低、焊縫一致性好等優(yōu)點，在塑膠產品的焊接上得到了廣泛的應用。合理的超聲波塑膠結構設計，對超聲波焊接工藝可以起到事半功倍的影響，所以本文重點闡述了影響超聲波焊接的結構設計。

超聲波導能線設計

合理的超聲波導能線設計，以及超聲波導能線高度設計均會提高超聲波焊接產品的良率。如下圖所示，導能線設計為榫槽式，塑膠零件焊接裝配定位簡單容易。按照如圖的參數(shù)設計導能線的高度以及榫槽的寬度，熔融樹脂填充槽內三面縫隙，增強焊接強度和密封性能，減少焊接飛邊，焊接出的產品更加美觀。
超聲波焊接導能線設計
榫槽式超聲波設計
 
 
超聲波塑膠結構設計注意事項實踐證明，塑膠零件在設計時應盡量避免塑膠零件中出現(xiàn)尖角、凸出的細小結構等特征。塑膠零件注塑成型過程中，尖角、凸出結構是應力聚集區(qū)域，在超聲波振動下容易產生裂痕和斷裂。在尖角位置可以增加適當?shù)膱A角過渡，凸出的結構件需增加加強筋，以便于增加塑膠的強度和避免應力集中，如下圖所示：
超聲波塑膠結構設計示例
 
超聲波傳導區(qū)域應盡量避免出現(xiàn)開孔和彎曲突變結構，因為這些結構會引起超聲波能量在振動傳導過程發(fā)生中斷和衰減，導致在開孔和突變結構的下方出現(xiàn)焊接不良現(xiàn)象。

避免薄膜效應


在超聲波焊接過程中塑膠零件表面可能會出現(xiàn)能量聚集，出現(xiàn)燒焦、燒穿的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象一般出現(xiàn)在零件的中心區(qū)域，研究發(fā)現(xiàn)可通過以下多項措施來改善:(1)零件內部增加加強筋。(2)增加零件壁厚。(3)調節(jié)振幅。(4)減少焊接時間。(5)改變超聲波頻率。

導能線的近場設計


塑膠零件的導能線設計應盡量接近焊頭裝置，近場設計有利于超聲波能量的傳遞。距離太遠，由于塑膠零件的內部阻尼作用，將會大大衰減和抑制超聲波振動的能量，需要提升超聲波功率或振幅來改善超聲焊接質量。

導能線的水平設計


塑膠零件的導能線設計應盡量設計在同一水平面上，以利于超聲波能量從焊頭同一時間傳遞到導能線上。導能線設計在不同的平面上，超聲波傳遞路線就會出現(xiàn)不同的段差，導致在距離焊頭近的導能線先融化，而距離焊頭遠的導能線未融化，增加整個超聲設備調機的難度，需要不斷的去嘗試不同的焊接時間以及焊接功率來補償設計的不足。

由于超聲波焊接的影響因素復雜多樣，而且超聲波本身焊接時間短，焊接后產品難于檢測焊接質量，所以為獲得高焊接強度和密封要求的合格產品，必須選擇合適的超聲焊接設備，合理的設計塑膠零件和焊接頭的結構，根據(jù)塑膠原料的物性表慎重的選擇塑膠原料的種類，通過調整焊接設備的焊接工藝參數(shù)，掌握超聲波的焊接機理，更好地把這項工藝應用到塑膠產品上，提高產品的生產效率。