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超声波焊接接头设计
发布时间:2018-11-21 9:40:11

接头设计是超声波焊接的最重要方面。接头设计应在待焊零件还处于设计阶段时就加以考虑,并成为模制件的一部分。有各种各样的接头设计,每一种都有其具体的特点和优点。接头设计的选择由塑料种类、零件几何形状、焊接要求、机加工和模塑能力、表面外观等因素决定。


为了获得合格的、可重复的焊接接头,必须遵循以下三条通用设计准则:


a.配合表面之间的初始接触面积应足够小以集中和减少开始和完成熔化所需的总能量及时间。振动焊头与零件接触时间的最小化也降低了划伤的可能性。由于移动材料少,飞边也很少。


b.应提供对齐配合件的方式。应采用销和插座、台阶或榫槽而不是振动焊头或夹具来对齐零件以确保适当的、可重复的对准并避免产生压痕。


c.焊头接触位置应布置在接头区域正上方以便传递机械能量至接头区域并降低接触面产生压痕的倾向。


导能筋和剪切接头是主要的接头设计形式,还有一种不常见的接头形式—— 斜接接头。剪切接头和斜接接头用于结晶性塑料,通常设计成过盈配合。


导能筋——带导能筋的对接接头

带导能筋的对接接头是最常用的超声波焊接接头设计,也最容易铸成零件。该设计的主要特点是一个铸在零件配合面的90度或60度小三角形隆起(导能筋)。导能筋将初始接触限于非常小的区域并将超声能量集中在三角形顶部。在焊接循环过程中,聚集的超声能量使导能筋熔化和塑料流遍接头区域,将两零件连接在一起。


导能筋最常用于非结晶性塑料,也用于半结晶性塑料。一般90度夹角的导能筋用于非结晶性塑料,60度夹角用于半结晶性塑料。夹角可以依材料、填料、零件几何形状或要求的不同发生改变。对于易焊塑料(非结晶性塑料如ABS、丙烯晴树脂、丙烯酸、聚苯乙烯),导能筋的尺寸取决于待焊面积。通常导能筋的最小高度在0.2和0.6mm之间。结晶性塑料如尼龙、热塑性聚酯、乙缩醛、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚以及高熔点非结晶性塑料如聚碳酸酯和聚砜较难焊接。对这些难焊塑料,导能筋最小高度在0.4到0.5mm之间,夹角通常为60度


9O度夹角的导能筋高度至少应为10%的接头宽度,宽度至少应达到接头宽度的20%。



90度夹角导能筋的对接接头60度夹角导能筋的对接接头 超声波焊接接头


图为带90度夹角导能筋的对接接头。对于厚壁接头,应使用两个或多个导能筋,其总高度应等于10%接头宽度。在焊聚碳酸酯零件时,为获得密封接头,零件设计建议用60度,夹角导能筋,导能筋宽度应等于25%到30%壁厚。


图显示零件尺寸的确定应考虑到来自导能筋的熔化材料的流动遍及接头区域。在焊接同种材料零件时,可以在任一零件上设计导能筋。但在焊接异种材料组合时,通常将导能筋置于材料有最高熔点和刚性的零件上。在一个焊接零件由共聚物或三聚物(如ABS)组成,另一零件由均聚物(如丙烯酸)组成时,导能筋应置于均聚物零件上。


导能筋在结合面的尺寸和位置,取决于材料种类、使用要求、零件尺寸。导能筋顶部应尽可能尖利。顶部圆形或平直的导能筋不会有效流动。就带导能筋的半结晶性塑料来说,最大连接强度通常只来自于导能筋的底宽处。导能筋设计要求对齐方式如销和插座、对齐挡边、舌槽设计。脱模销不应置于焊接区域。由于对接接头不能自定位,必需用夹具对齐零件。只要配合表面几乎彼此完全平齐,非结晶性塑料的对接接头可实现密封。结晶性塑料的对接接头难以实现密封,这是因为焊接过程中熔液暴露于空气中,加速结晶及造成熔体氧化降解,使焊缝变脆。


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