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超聲波塑焊機原理、工藝、應用

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發表時間:2019-10-17 21:55

恒波超聲波設備公司是深圳知名超聲波塑焊機生產廠家,專業生產各種規格頻率功率超聲波塑料焊接設備,技術行業領先。

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

                                          自動追頻超聲波塑焊機4200w超聲波塑焊機

超聲波塑焊機按照用途可分為四大類:

(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。在這我們將重點研究超聲波焊接(Ultrasonic Welding)原理、材料選擇和焊縫設計。


超聲波塑焊機焊接案例

超聲波焊接過程描述

超聲波焊接利用高頻超聲波能量(15-50 khz)產生低振幅(1-100μm)機械振動。這種振動傳遞到部件連接接頭處,產生熱量,導致熱塑性材料熔化,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,焊接時間通常在0.1秒到1.0秒之間。超聲波振動在熱塑性塑料中產生正弦駐波。部分能量因為分子間摩擦而消散,導致材料溫度升高。另一部分被傳送到接頭處,因邊界摩擦產生局部加熱。因此,超聲波能量的最佳傳輸路徑以及后續接頭材料熔化行為,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,因為材料吸收損失的能量就越小。當振源到接頭的距離小于6.4mm時,該過程被稱為近場焊接。適用于具有高能量吸收特性的結晶材料和低剛度的材料。當振源到接頭距離大于6.4mm時,該過程被稱為遠場焊接。適用于具有低能量吸收特性的無定形材料和高剛度材料。在接頭表面容易產生高溫,是因為接頭表面“凹凸不平”,比材料本體更容易產生更大的應變和更大的摩檫力。對于許多超聲波焊接應用中,在上零件表面有一個三角形凸起,被稱為導能筋,該特征有助于在接頭處聚集振動能量。

超聲波塑焊機原理

在焊接過程中,超聲波振動垂直于接頭表面。導能筋上尖點在壓力下與被焊接零件接觸。在尖點上產生大量的熱,導能筋開始熔化。焊接過程可分為4個階段。

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

超聲波焊接過程觀察.png

第二階段,上下兩零件面面接觸,熔化區域加大。

第三階段,穩態熔化階段,形成具有一定厚度的熔融層,也伴隨產生恒定的溫度場。當過程達到設定的焊接能量,或時間,或距離或其它控制條件時,超聲波停止。

焊接產生熱量過程.png

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


超聲波塑焊機原理




塑料焊接熔化過程.png塑料焊接微觀過程.png


超聲波塑焊機的優點和缺點

超聲波塑焊機是目前工業中使用最為廣泛的塑料連接技術,具有快速,經濟,易于集成自動化,非常適合大批量生產作業,生產節拍可高達每分鐘60件。焊縫穩定性好,強度高。焊接時間比其它焊接工藝都短,不需要復雜的通風系統來排除煙霧,以及冷卻系統排除多余熱量。能量利用率高。與其它塑料焊接工藝相比,生產效率更高,成本更低。模具設計相對簡單,可實現快速換模,增加了設備的利用率和通用性。因為焊縫中不引入其它輔助焊接材料,所以焊縫干凈無雜質,不影響設備的生物相容性,也廣泛使用在要求更高的醫療保健行業。超聲波焊接的局限性。當產品尺寸超過250mmX300mm,焊頭設計困難,無法一次焊接完成。往往要采用多個焊頭同步焊接,或者單個焊頭多次焊接完成。超聲波焊接結果的好壞,與焊縫結構設計、注塑件尺寸誤差和變形有很大關系。超聲波振動容易對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損傷。


影響超聲波焊接的因素.png

超聲波塑焊機應用領域

超聲波焊接幾乎適用于所有主要行業。汽車:前燈、儀表盤、按鈕和開關、燃料濾清器、液體容器、安全帶鎖扣、電子鑰匙鎖、燈組件、風管。電子和電器:開關、傳感器、執行器等。醫學:過濾器、導管、醫用服裝、口罩。包裝:水泡袋、袋子、儲存容器、管嘴。

                                                     

超聲波塑焊機應用

咖啡杯,材料PP或PBT,采用溝槽+導能筋焊縫設計。



超聲波塑焊機鉚接工藝


電子產品配件,ABS塑料,超聲波鉚接工藝


交通警示燈超聲波焊接


交通反光標志,車燈,PC+ABS材料,采用階梯式超聲波熔接線設計

車燈超聲波焊接

 

電動車車燈,ABS+PMMA,采用簡單三角形超聲波焊接線



塑膠與金屬片的超聲波鉚接


電子產品配件,超聲波鉚接,ABS+金屬片


PC塑料超聲波焊接

 

醫療產品PC瓶子


尼龍加纖材料超聲波焊接


汽車行業配件,(汽車電機)尼龍加玻纖,要求密閉,采用剪切式超聲波熔接筋


超聲波點焊


過濾膜/吸音棉裝配,材料尼龍+30%玻纖,采用超聲波點焊,穿刺焊接


超聲波埋置


電器產品外殼,銅螺母植入,超聲波埋植






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