關(guān)于超聲波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、關(guān)于超聲波結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)1. 超音波應(yīng)用原理： 利用超音波振動(dòng)頻率，接觸摩擦產(chǎn)生熱能使塑料熔融而結(jié)合，依目前較普遍的，即為每秒振動(dòng)二萬次與每秒振動(dòng)萬次二種（另外尚有數(shù)種特殊振動(dòng)頻率）。2. 超聲波結(jié)構(gòu)一般來說，在設(shè)計(jì)超聲波結(jié)構(gòu)之前，需考慮· 選擇什么塑料· 是否只需要結(jié)構(gòu)性的熔接,如果需要的話，要求它能承受多少壓力· 是否需要水氣密· 是否有外觀上的要求· 是否允許有任何溢膠微粒的產(chǎn)生· 是否還有其它特殊要求等問題。3. 熔接面的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則那超聲波結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，最重要的就是熔接面的設(shè)計(jì)。為了獲得可接受的、穩(wěn)定性高的熔接效果,必需遵循下述三

2、項(xiàng)基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：1. 兩熔接面的最初接觸面積必須減小，以降低初期與最后的完全熔化所需要的總能量，使 焊頭與工件的接觸時(shí)間降低至最少因而減低造成傷痕的機(jī)會(huì)，也因此減少溢膠；2. 提供一種能使二熔接面相互對(duì)位的方式，在搭配塑件的設(shè)計(jì)中可采用插針與插孔，階梯或溝槽的方式，而不應(yīng)采用固定在焊頭或底模內(nèi)的方式，這樣可確保準(zhǔn)確與穩(wěn)定的對(duì)位并避免造成傷痕；3. 整個(gè)熔接面必須均勻一致與緊密接觸，盡可能保持在同一平面，這樣的形狀能使能量均勻傳導(dǎo)，有利于取得一致的與可控制的熔接效果，并且能減低溢膠產(chǎn)生的可能性；4. 熔接面有導(dǎo)熔線和剪切兩種主要設(shè)計(jì)類形.4.1. 導(dǎo)熔線：導(dǎo)熔線實(shí)際上是在二熔接面之一上形成一條三

3、角形凸出材料，導(dǎo)熔線的基本作用是聚集能量并且迅速把要熔接的另一面熔解，導(dǎo)熔線能快速熔解并達(dá)到最高的熔接強(qiáng)度，原因是導(dǎo)熔線本身的材料熔解并且流到整個(gè)熔接區(qū)域，導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)是非晶型材料所采用最廣泛的熔接面設(shè)計(jì)，當(dāng)然半晶材料亦可采用這種設(shè)計(jì).4.2. 導(dǎo)熔線的尺寸和位置取決于以下因素:1.材料;2.熔接要求;3.工件大小;導(dǎo)熔線必須愈尖愈好,圓頂或扁平的導(dǎo)熔線將減低熔膠流動(dòng)的效率,當(dāng)熔接相對(duì)容易熔接的塑料(如高硬度和低熔解溫度的PS),建議導(dǎo)熔線的高度不可低于0.25,若熔接半晶型或高熔解溫度之非晶型塑料(如PC),導(dǎo)熔線高度不可低于0.5;對(duì)于采用導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)的半晶型塑料(如PA),熔接強(qiáng)度是來自導(dǎo)熔

4、線三角型的底線之寬度.頂角隨壁厚而改變;原則上導(dǎo)熔線設(shè)置在哪一邊的塑件的熔接面上是沒有任何分別的.但在熔接兩種不同材料的特殊情況下,一般上是將導(dǎo)熔線設(shè)置在熔解溫度和硬度較高的那一邊的工件的熔接面上;導(dǎo)熔線的設(shè)計(jì)要有能相互對(duì)位的功能如插針與插孔,肋狀對(duì)位片,溝槽設(shè)計(jì),或需要良好的支撐.熔接區(qū)域不可放置頂針;4.3. 下面是幾種比較典型的導(dǎo)熔線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：4.3.1. 階梯熔接面 一階梯熔接面設(shè)計(jì)主要用于需要精確對(duì)位與完全不可接受過熔或溢膠出現(xiàn)在外露表面的高質(zhì)量要求上；設(shè)計(jì)注意(圖1.)圍繞整個(gè)工件接口之額外0.25至0.64的空隙,這新增的“影線(美工線)”設(shè)計(jì)特性使熔接完畢后接口四周將出現(xiàn)0.

5、25至0.64之空隙.如此會(huì)產(chǎn)生美觀的效應(yīng),因?yàn)楣ぜc工件之間的變形不易被發(fā)覺.如果完全密合,很可能會(huì)在某些位置出現(xiàn)溢膠,在別的位置卻出現(xiàn)微隙;美工線的設(shè)置使微小的變形不易被察覺.這款導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)采用與平頭加導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)一樣的基本概念(就是:材料、熔接要求、工件大小).注意這款設(shè)計(jì)的壁厚要求最小尺寸為2 圖片附件: 1.gif (2007-4-30 14:41, 10.02 K)4.3.2. 溝槽式之熔接面設(shè)計(jì)這種設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是能從裹外二面防止溢膠,并且可提供對(duì)位功能.由于熔膠被封,因此提高達(dá)到水氣密的機(jī)會(huì).也由于溝槽的設(shè)計(jì)需要一定的公差配合,因此也增加成型的困難度.同時(shí),由于熔接面積的減少,往

6、往造成它的熔接強(qiáng)度比不上平頭接面設(shè)計(jì)，這款導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)采用與平頭加導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)一樣的基本概念(就是:材料、熔接加工要求、工件大小).注意這款設(shè)計(jì)的壁厚要求最小尺吋為2 圖片附件: 2.gif (2007-4-30 14:49, 13.02 K)4.3.3. 咬花面設(shè)計(jì),其變化視導(dǎo)熔線高度而定.往往得到的優(yōu)點(diǎn)包括強(qiáng)度的增進(jìn)、溢膠或微粒的減少、熔接時(shí)間的減短以及振幅的減低； 圖片附件: 3.gif (2007-4-30 14:54, 10.42 K)4.3.4. 十字交叉熔接面設(shè)計(jì)圖片附件: 4.gif (2007-4-30 15:04, 6.42 K) 圖片附件: 5.gif (2007-4-30

7、15:04, 8.72 K)4.3.5. 垂直于墻壁的導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)用于增加抗撕裂與減少溢膠(圖6),這種設(shè)計(jì)僅適用于只需要結(jié)構(gòu)性的熔接而已;4.3.6. 間斷的導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)可減少熔接面積因此降低能量或所需的功率層級(jí),這種設(shè)計(jì)只能用于非水氣密的結(jié)構(gòu)性熔接而已(圖7); 圖片附件: 6.gif (2007-4-30 15:12, 6.7 K)圖片附件: 7.gif (2007-4-30 15:12, 7.22 K)4.3.7. 鑿子型導(dǎo)熔線為壁厚不及1.524之高度并且采用450角.由于熔接強(qiáng)度取決于導(dǎo)熔線之寬度,當(dāng)采用此款導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)時(shí)必須配合使用咬花面； 4.3.8. 鑿子型導(dǎo)熔線為壁厚不及1.52

8、4之高度并且采用450角.由于熔接強(qiáng)度取決于導(dǎo)熔線之寬度,當(dāng)采用此款導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)時(shí)必須配合使用咬花面； 圖片附件: 8.gif (2007-4-30 15:16, 11.17 K)4.3.9. 特殊熔接面設(shè)計(jì)“O”型環(huán)的熔接面設(shè)計(jì).有一要點(diǎn)應(yīng)注意“O”型環(huán)在熔接完畢后只壓縮10%至15%而已.柱狀塑件與插孔(大頭柱子熔接)亦可成功的配合“O”型環(huán)以達(dá)到水氣密； 圖片附件: 9.gif (2007-4-30 15:22, 4.29 K)4.4. 剪切的設(shè)計(jì)注意點(diǎn)：4.4.1. 剪切式熔接面設(shè)計(jì)圖片附件: 10.gif (2007-4-30 15:35, 9.95 K)圖片附件: 11.gif (2

9、007-4-30 15:35, 3.69 K)圖片附件: 12.gif (2007-4-30 15:35, 5.94 K)應(yīng)當(dāng)注意的是如果工件最大尺吋在89吋與工件尺吋公差對(duì)應(yīng)于最大之工件外形尺吋 圖片附件: 13.gif (2007-4-30 15:40, 7.3 K)圖片附件: 14.gif (2007-4-30 15:43, 4.35 K)4.5. 熔接面設(shè)計(jì)的其它考慮：1.直角轉(zhuǎn)角會(huì)聚集應(yīng)力.如果塑件上面有若干應(yīng)力聚集點(diǎn),在經(jīng)過超音波機(jī)械振動(dòng)后,塑件的高應(yīng)力區(qū)域如轉(zhuǎn)角、邊沿與交界處可能出現(xiàn)斷裂或其它的傷痕.補(bǔ)救的措施是盡量增加轉(zhuǎn)角之圓弧度(0.508).請(qǐng)參閱圖152.塑件上的孔位或缺

10、口近場(chǎng)與遠(yuǎn)場(chǎng)熔接之對(duì)比一近場(chǎng)熔接指的是熔接面距離焊頭接觸位置在6.35以內(nèi);大于6.35圖片附件: 15.gif (2007-4-30 15:52, 6.02 K)圖片附件: 16.gif (2007-4-30 15:52, 9.93 K)圖片附件: 17.gif (2007-4-30 15:52, 13.72 K)4.塑件的分肢,柄,或其它細(xì)節(jié)機(jī)械振動(dòng)會(huì)影響塑件內(nèi)外表面上的各種突出物,可能造成斷裂(圖18.)下列各種措施能減低或消除這種影響:將突出物與主體連接處設(shè)計(jì)成最大的圓弧狀.利用外加手段削減連接處的扭折.增加材料的厚度.評(píng)估采用其它頻率的超音波5.薄膜效應(yīng)一種能量聚集效應(yīng)造成塑件出現(xiàn)燒穿現(xiàn)象.在平的圓形的、壁厚較薄的位置最為常見,通過采取下列一個(gè)或結(jié)合數(shù)個(gè)措施可以克服這種現(xiàn)象(圖19)減少熔接時(shí)間改變振幅采用振幅剖析在焊頭上設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)活塞增加壁厚使用內(nèi)部支撐肋骨評(píng)估其它頻率6.焊頭接觸與放置位置在塑件熔接時(shí)可扮演舉足輕重的角色.一般而言,焊頭的尺寸應(yīng)該大到足以遮蓋整個(gè)工作,因此從頂直接施壓在熔接區(qū)域上,(圖20.)這有利于機(jī)械振動(dòng)能量的傳導(dǎo)并可避免接觸面留下傷痕.焊頭或塑件的表面也可以在熔接區(qū)域凸起以增進(jìn)接觸的效能;如此將改善熔接效果的穩(wěn)定度,注意:焊頭與工件的接觸面必須大于熔接區(qū)域的總面積,否則將有可能導(dǎo)至表面?zhèn)? 圖片附件: 18.gi