35kHz超聲波塑料焊接機械結(jié)構(gòu)的研制

馮 雨

（佛山市順德區(qū)金長興電子科技有限公司，廣東 佛山 528300）

在塑料產(chǎn)品制作工藝中，超聲波焊接技術(shù)能夠?qū)λ芰袭a(chǎn)品進行快速而高效地連接，在連接過程中不需要對塑料產(chǎn)品進行外部加熱，也不用使用任何焊劑，而且焊接后的焊縫質(zhì)量非常好，焊接強度也非常高。超聲波焊接技術(shù)在應用過程中的成本低廉，而且具備很高的安全性，這也使其在塑料機械產(chǎn)品中是經(jīng)常被應用到，在文具行業(yè)、化妝行業(yè)、玩具行業(yè)、電子行業(yè)中得到了廣泛的應用。

1 超聲波塑料焊接技術(shù)及其特性

1.1 超聲波塑料焊接技術(shù)

超聲波塑料焊接技術(shù)是通過超聲波的振動原理使塑料產(chǎn)品得以熔接在一起。超聲波在對塑料焊件進行焊接時，超聲波中的分子和塑料產(chǎn)品接觸面之間會發(fā)生摩擦，進而使塑料焊接表面焊接處中的溫度迅速達到塑料的熔化點，此時兩個塑料焊件的熔體便會流動到一起，當超聲波中的分子停止振動時，塑料熔體會受到壓力的作用而迅速固化并結(jié)晶，從而使焊接均勻。此時的焊接點強度是和原材料相接近的。要想使塑料機械焊件得以焊接在一起，應確保超聲波的熱量僅能在焊接區(qū)域中發(fā)生，應采用相應的能量導向結(jié)構(gòu)來對超聲波所產(chǎn)生的熱量進行傳遞引導，而該能量導向結(jié)構(gòu)又被稱之為焊線結(jié)構(gòu)。

1.2 超聲波塑料焊接技術(shù)的特性

超聲波塑料焊接技術(shù)僅適用于熱塑性塑料，而對于其他材料則并不適合使用，之所以要選擇熱塑性塑料，其根本原因在于熱塑性塑料在熔化后再固化時，其化學特性與物理特性都是保持不變的。按照特性對熱塑性塑料進行劃分可將其分成結(jié)晶性與非結(jié)晶性。其中，結(jié)晶性塑料的熔點明顯，其在固化時內(nèi)部分子會按照相應的規(guī)則進行排列，以形成晶區(qū)。

2 35kHz超聲波塑料焊接機械結(jié)構(gòu)的研制

2.1 35kHz超聲波塑料焊接機械結(jié)構(gòu)的研制要求

對于35kHz超聲波塑料焊接機械結(jié)構(gòu)來說，要想確保其結(jié)構(gòu)研制合理，應滿足以下5點要求，①應確保超聲波中的能量能夠被引導到焊接位置中，通常可將焊線結(jié)構(gòu)做成尖角，并在尖角端部設置成倒角，倒角半徑應控制在0.1mm以內(nèi)，以形成能量導向，尖角角度可選擇45、60、90及120度，而能量導向高度則需要根據(jù)焊件壁厚及材料進行調(diào)整，通常來講，能量導向的高度不應小于材料壁厚的1/2，而且為了避免產(chǎn)生能量導向多余的問題，應確保其他機械結(jié)構(gòu)中的倒角半徑應在0.2mm以上；②在機械結(jié)構(gòu)焊接時應確保焊頭能夠完全接觸，焊頭應與焊接位置盡量貼近，以使焊頭能夠?qū)附游恢眠M行全面覆蓋；③焊接結(jié)構(gòu)應具備支撐構(gòu)件，以避免力在傳遞時發(fā)生流失，可采用工裝來對機械結(jié)構(gòu)進行支撐保護，支撐面至少應在焊線接縫的兩倍以上，并使支撐面盡量與支撐面相靠近；④在焊接時應避免熔接物發(fā)生溢出，對于非結(jié)晶塑料來說，可不進行密封，焊拉位置的壁厚應控制在1mm，當密封區(qū)域不完整時，只需開啟其內(nèi)側(cè)面密封，并對其中一個面進行密封即可，這樣能夠有效保障材料的外觀質(zhì)量，而且在焊接黏合力上也更有保證；⑤應對焊接位移及體積進行預留，以使熔體能夠在焊接位置范圍以內(nèi)進行自由的流動以避免塑料焊件間隙發(fā)生阻塞。

2.2 常見的塑料機械焊線結(jié)構(gòu)

常見的塑料機械焊線結(jié)構(gòu)主要舌槽式、V型槽式、階梯性以及斜截面式。對于壁厚超過1.5mm的機械焊接產(chǎn)品來說，以舌槽式的焊線結(jié)構(gòu)最為適合，而對于壁厚在1 mm左右的機械焊接產(chǎn)品，則可采用階段式焊線結(jié)構(gòu)。當壁厚在1mm以內(nèi)時，則可采用斜截面式的焊線結(jié)構(gòu)，而如果焊接產(chǎn)品較小、精度及焊接質(zhì)量又較高，則可采用V型槽式的焊線結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)語

綜上所述，在利用35kHz的超聲波塑料焊接技術(shù)進行機械結(jié)構(gòu)研制時，必須要對焊線結(jié)構(gòu)的密封性進行考慮，通過階梯式焊線結(jié)構(gòu)來保證零件具備較薄的壁厚，同時，還可通過該結(jié)構(gòu)的研制來降低模具注塑工藝的復雜性，進而有效解決溢料問題，使焊接過程中的工藝不穩(wěn)定性大大降低，以使生產(chǎn)效率得到大幅提高。