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超音波塑胶焊接原理与特点

2021-04-22 10:31

 1.1 超音波的定义


超音波是指高于人类听觉所能接受频率范围的音波,人类听觉能力在20Hz ~ 20KHz之间;因此一般来说,凡是频率高于20KHz以上的音波就称为超音波。但在工业应用中,为了适应特殊的工艺需求,音波频率有低于 10KHz的(如超音波烘干机)、15KHz的(如塑胶超音波焊接机),这些习惯上也称为超音波。超音波的频率上限通常是100KHz以内,但在非破坏用的医疗检查系统中也有高达5000KHz 的 。总而言之,工业上通常把能产生和利用在各种不同介质中传导,随着各种不同介质的特性差别产生各种不同功能与效用的波动,统称为超音波 。
15KHz超音波焊接机

1.2 超音波塑胶焊接原理与特点


最初塑胶件接合加工方法是使用强力胶或其它溶剂进行粘合,但使用这种方法,产品不合格率较高、产品美观度低,且会影响操作人员的身体健康 。超音波技术的发展及应用,为塑胶件的接合加工提供了更好的解决方 案 。超音波焊接的原理:将音波籍焊模(HORN)传递到塑胶加工物上,以每秒15 ~ 30KHZ,振幅为4 ~ 5um左右的振动,再经过固定的增幅杆和可换增幅工具头放大,在两片塑胶件接合面上产生20 ~ 30um左右的 高频振动。这样在金属工具焊头的端面瞬时最大速度可达 4m/s ,这种高频捶击作用到塑胶表面上 ,在应力高的地方发生强烈的摩擦热 ,使界面熔化了的塑胶粘接在一起 ,从而实现焊接 。常用的塑胶超音波焊接机的功率在100W ~ 2000KW ,频率为15 ~ 30KHz 。

超音波塑胶焊接的特点
(a)焊接速度快,效率高,通常只需0.5 ~ 2s; (b)焊接质量好,接合强度高(c)无需加焊剂或溶剂,焊缝无污染,表面美观;(d)气密 、水密性好 ,可进行压力容器的密封焊接; (e)不会有高频焊接时发生火花的危险,安全性好; (f)超音波焊接属于机械振动方式, 触及到金属焊头不会出现生命危险;(g)设备结构简单,操作容易,维修方便。


1.3 超音波焊接常用功能 


超音波焊接不仅可以用于塑胶件的接合,还可用于将金属件埋插于塑胶件内、在固定金属或塑胶件上连接塑胶件、塑胶包覆、塑胶板点焊 、塑胶射出品的切除 、塑胶袋的封口及切边等。

(a)超音波焊接:以超音波超高频 率振动的焊头( HORN ), 在适度的压力下使两块塑胶件的接合面产生磨擦热而瞬间熔融接合,并可达到完全水密及气密的效果。

(b)超音波铆接:将超音波超高频率的焊头压着塑胶品突出的梢头, 使其瞬间发热熔融成为铆钉形状,使金属物件被铆覆而固定。

(c) 超音波埋植:以超音波超高频率的音波振动,借着焊头的传导及适当的压力,瞬间将金属零件(如螺母、螺杆)等挤入预留的塑胶孔内,并固定在设定深度。完成后无论拉力、扭力均可媲美传统在模具内成型的强度,并可免除射出受损及射出缓慢的缺点。

(d) 超音波点焊:两片塑胶板要熔接时,因限于熔接物的条件,无法开设导熔线,可用点焊熔接,其原理是将超音波传导至焊头前端,从上板穿越至下板,从而达到熔接的效果,并可同时点焊数十件,提高工作效率。

(e)超音波切除:以超音波高速振动的焊头切除射出成形的塑胶件锋利毛边,切除射入口,使塑胶原件在瞬间脱离射出流道,不但省去人工切除的工序,并且塑件外形美观 。适用于超音波切除的材质有ABS、PS 、压克力、PC 、塑钢等,太软或富有弹性的塑胶不适合超音波切除,塑胶料刚射出还未冷却时超音波切除效果也不佳。

(f)超音波成形:与超音波铆接类似 ,将凹状的焊头压着于塑胶品外圈,通过焊头的高频率振动使塑胶熔融并包覆金属物件,使其固定,并且成形件外观光滑美观,多使用于电子类 、喇叭的固定成形及化妆品类的镜片固定等 。