戚防義

（泰爾茂醫(yī)療產(chǎn)品（杭州）有限公司 杭州）

一、引言

根據(jù)客戶的要求，公司需要生產(chǎn)面向日本醫(yī)院的防水、一次性電子體溫計(jì)。為此考慮利用超聲波熔接技術(shù)的特性，使ABS材料的電子體溫計(jì)外殼熔接在一起，達(dá)到防水的效果。機(jī)器選用日本精電社（ΣG-1200型）超聲波熔接機(jī)。

二、超聲波熔接技術(shù)

超聲波熔接是一種干凈、快捷、有效的裝配工藝，用來裝配處理熱塑性塑料配件，及一些合成構(gòu)件的方法。超聲波熔接不但有連接裝配功能而且具有防潮、防水的密封效果。塑料加工中所用超聲波的幾種工作頻率有 15 kHz，18 kHz，20 kHz，40 kHz，超聲波熔接工作原理是利用縱波的波峰位，傳遞振幅到焊接件的縫隙，在加壓的情況下，兩個(gè)被焊件接觸部位的分子相互撞擊產(chǎn)生熔化，使接觸位熔合，達(dá)到熔接目的。

三、實(shí)施設(shè)計(jì)方法

1.水密性熔接條件的基本想法

涉及產(chǎn)品的條件：產(chǎn)品材料，ABS塑料；產(chǎn)品的熔線與產(chǎn)品定位方式，峰谷尖式；產(chǎn)品厚度，0.6～1 mm，內(nèi)側(cè)接觸面高度1～3 mm。

2.產(chǎn)品和制具的定位

（1）制具的設(shè)計(jì)（圖 1），夾具的受力點(diǎn)（圖1A）；先端最后止住位置（圖1B）；夾具開閉寬度（2 mm左右）；夾具內(nèi)樹脂形狀與產(chǎn)品弧度一致。

（2）熔接桿和制具的關(guān)系，保持水平。

（3）下降速度。下降速度太快，使動(dòng)態(tài)壓力加上重力加速度將把超聲波導(dǎo)熔線壓扁，使導(dǎo)熔線無法發(fā)揮導(dǎo)熔的作用，形成假相熔接。

（4）熔接時(shí)間。熔接時(shí)間過長，不僅使塑料熔化，還可能造成塑料組織焦化，產(chǎn)生砂孔，水即由砂孔滲透而出。

圖1 治具設(shè)計(jì)

圖2 品質(zhì)要求

（5）品質(zhì)要求。熔接后，產(chǎn)品前后溢出狀態(tài)一致（圖2B位置）；切斷熔接后實(shí)體狀態(tài)(圖2A)，要求產(chǎn)品前后間隙均等。

（6）從試做的熔接效果確定式樣。熔接目標(biāo)，0.73 mm（＋溢出0.1 mm）～0.68 mm內(nèi)。熔解量在＞0.73 mm時(shí)，發(fā)生溢出。熔解量＜0.68 mm時(shí)，間隙不良。

（7）超聲波熔接條件設(shè)定。熔接條件設(shè)定傾向見圖3。

圖3 熔接條件設(shè)定傾向圖

3.熔接機(jī)動(dòng)作流程和設(shè)定

產(chǎn)品熔接模擬圖（圖4），動(dòng)作流程圖（圖5）。

4.設(shè)定良品條件和管理?xiàng)l件（上下限值）

（1）定出下沉量、振幅和破壞強(qiáng)度的關(guān)系，尋找最合適的振幅和下沉量。熔接相關(guān)的參數(shù)，壓力、下沉量和振幅。3個(gè)參數(shù)中先假定壓力上限0.14 MPa，中心0.12 MPa，下限0.1 MPa。使用壓力上限0.14 MPa進(jìn)行下沉量和振幅的確認(rèn)，每個(gè)條件熔接10個(gè)產(chǎn)品，進(jìn)行泄漏和破壞強(qiáng)度試驗(yàn)確認(rèn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)以產(chǎn)品熔接強(qiáng)度為75 N為標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)和條件設(shè)定見圖6。

（2）確認(rèn)生產(chǎn)條件 OQ（Operational Qualification）（表 1）。強(qiáng)度保證、產(chǎn)品機(jī)能保證、外觀無劃傷保證。

圖4 產(chǎn)品熔接模擬圖

圖5 動(dòng)作流程圖

圖6 數(shù)據(jù)和條件設(shè)定

表1 生產(chǎn)條件設(shè)定組合

圖7 熔接良品曲線

圖8 超聲波輸入到PLC的信號(hào)

圖9 PLC輸入到超聲波的信號(hào)

上下限產(chǎn)品按n=10(制作熔接半成品)進(jìn)行相關(guān)確認(rèn)：確認(rèn)外觀無劃傷、無變形；確認(rèn)強(qiáng)度，75 N無泄漏（前后各5本）；確認(rèn)行破壞強(qiáng)度測(cè)量（前后各5本）。上上限／下下限條件，強(qiáng)度＞75 N；中心條件＞100 N。

分解上下限產(chǎn)品、進(jìn)行基板檢查；在振動(dòng)情況下確認(rèn)液晶顯示沒有問題。熔接良品曲線圖見圖7。

5.投產(chǎn)時(shí)決定的內(nèi)容

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)的確認(rèn)結(jié)果，進(jìn)行下列①～④運(yùn)用設(shè)定。①良品條件內(nèi)的設(shè)備調(diào)整（OQ條件范圍內(nèi)）。②設(shè)備維持管理方法（夾具清掃、確認(rèn)頻率）③產(chǎn)品品質(zhì)的維持，確定抽檢方式。日常抽檢，根據(jù)破斷強(qiáng)度測(cè)量值來設(shè)定管理值。④按品種設(shè)定生產(chǎn)條件。由于品種不同、顏色不同其熔接狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，設(shè)定不同的熔接條件。

6.設(shè)備實(shí)現(xiàn)熔接動(dòng)作

（1）到熔接為止的設(shè)備動(dòng)作順序按下列流程。①工件安裝?②開始PB?③夾具閉?④前進(jìn)?⑤熔接?⑥后退?⑦夾具開。產(chǎn)品前后移動(dòng)采用了IAI（型號(hào)）的電動(dòng)執(zhí)行器。

（2）通信。采用OMRON CJ1M CPU12型PLC。超聲波設(shè)備與PLC的連接信號(hào)（圖8、圖9）

（3）設(shè)備動(dòng)作的程序設(shè)計(jì)。主程序動(dòng)作時(shí)序見圖10。

圖10 動(dòng)作時(shí)序PLC程序

四、效果

按照以上設(shè)定，對(duì)不同品種不同顏色的電子體溫計(jì)進(jìn)行條件尋找和確認(rèn)，確定了各自的生產(chǎn)條件。每種產(chǎn)品在相應(yīng)條件下進(jìn)行了初期流動(dòng)，對(duì)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品進(jìn)行抽檢，并對(duì)抽檢的產(chǎn)品進(jìn)行破壞試驗(yàn)，結(jié)果表明，泄漏、破壞強(qiáng)度指標(biāo)都在設(shè)定范圍內(nèi)，滿足了大量流動(dòng)生產(chǎn)的需求。隨著超聲波技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，超聲波熔接工藝在某些領(lǐng)域可取代溶劑粘膠機(jī)械及其他的粘接工藝，是一種先進(jìn)的裝配技術(shù)，運(yùn)用將會(huì)越來越廣泛。