市場產(chǎn)品加工的會有不同的方式,如焊接加工、機械加工、熱加工等,加工方式都是產(chǎn)品來的,焊接加工又有超聲波焊接加工、電焊接加工,這兩種加工方式是使用的設(shè)備,過程是一樣的,今天就來聊聊其中一種,接下來看看超聲波焊接加工過程,這5個因素會影響到加工。
超聲波焊接的基本原理是將高頻電能轉(zhuǎn)化為高頻振動機械能,這種往復(fù)振動傳遞到熱塑性塑料和金屬,在塑料和塑料、塑料和金屬,金屬和金屬界面處產(chǎn)生摩擦和熱量。
在超聲波焊接中,摩擦產(chǎn)生熱量并將兩個材料表面熔合在一起。在超聲波鉚接中,喇叭引導(dǎo)熔融塑料流以形成并壓縮零件。在超聲波螺母設(shè)置中,喇叭將金屬螺母驅(qū)動到塑料中。
超聲波焊接系統(tǒng)包括不同頻率(15Khz至50Khz)、不同功率(600W至4800W)、不同類型如空氣超聲波焊機、伺服超聲波焊機、手持式焊機、非焊機等多種配置選擇,包括標(biāo)準(zhǔn)焊機、金屬超聲波焊機等
另外,超聲波焊接的成功與否還受到許多因素的影響,包括模具(包括上焊頭和下下模)、頻率、材料、焊縫設(shè)計、焊接參數(shù)以及零件的注塑成型,本文介紹了五個主要因素。
1、焊接系統(tǒng)頻率
超聲波焊接系統(tǒng)的常見頻率有15Khz、20Khz、30Khz、35Khz和40Khz。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品尺寸、內(nèi)部零件類型、強度、外觀等要求選擇合適的焊接頻率。一般來說,可以參考以下原則:
焊接用高頻40Khz焊機用于焊接小型精密電子產(chǎn)品(包括PCB板和微型電子元件),40Khz焊機的振幅較小,焊接壓力也可以降到很低,從而避免對產(chǎn)品內(nèi)部電子元件的損壞。
適用于表面外觀要求A 級的小型產(chǎn)品,我們采用40Khz焊機進行焊接,振幅和壓力較小,改善了外觀。
我們使用15Khz或20Khz低頻焊機來焊接中型和大型零件。
PP等軟質(zhì)材料及剛性較低的薄壁制品采用低頻大振幅15Khz焊機進行焊接。
對于遠(yuǎn)場焊接,即焊頭距離焊縫較遠(yuǎn),例如距離焊縫12mm以上時,采用低頻、大振幅15Khz焊機進行焊接。
20Khz焊機適合焊接大多數(shù)中小型產(chǎn)品,也是當(dāng)今應(yīng)用廣泛的超聲波頻率。
2、材料
對于塑料的超聲波焊接,僅適用于焊接熱塑性塑料。因為它在一定溫度范圍內(nèi)可以熔化。另一方面,熱固性塑料不能用超聲波焊接,因為它們在加熱時會變質(zhì)。
熱塑性塑料的可焊性取決于材料的剛度或模量、密度、摩擦系數(shù)、導(dǎo)熱率、比熱容、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg或熔化溫度Tm。
一般來說,硬塑料更容易傳遞振動能量,因此表現(xiàn)出更好的遠(yuǎn)場焊接性能。低模量的軟塑料會抑制超聲波振動,使其更難以焊接。超聲波鉚接和點焊則相反:塑料越軟,越容易鉚接和點焊。
塑料一般分為非晶態(tài)和結(jié)晶態(tài),非晶態(tài)塑料很容易進行超聲波焊接,因為超聲波能量很容易在非晶態(tài)材料內(nèi)傳輸。焊接結(jié)晶塑料需要更大的振幅和能量,因為超聲波能量在結(jié)晶材料中傳輸性較差,并且還需要仔細(xì)的焊接設(shè)計。
可以進一步影響可焊性的因素包括水分含量、脫模劑、潤滑劑、增塑劑、填料增強劑、顏料、阻燃劑、其他添加劑以及實際的樹脂等級。另請注意,不同的材料具有不同程度的兼容性。某些材料的某些牌號在某種程度上是兼容的,而其他牌號則不兼容。
后面,我們還需要考慮焊縫是近場焊縫還是遠(yuǎn)場焊縫。如果焊頭接觸零件與焊肋之間的距離小于6mm,則稱為近場焊接。6mm以上,稱為遠(yuǎn)場焊接。距離越長,振動阻尼越大,焊接難度越大。
3、焊接接頭設(shè)計
影響超聲波焊接重要的因素是接頭設(shè)計,工程師需要在設(shè)計階段仔細(xì)考慮和評估零件。焊接接頭有多種設(shè)計,每種設(shè)計都有自己的特點和優(yōu)點,您選擇哪種設(shè)計取決于塑料類型、零件幾何形狀、焊接要求、注塑能力和外觀要求。
4、工裝和焊頭
一般情況下,客戶選擇與焊機相同品牌的工裝和焊頭。事實上,如果焊頭頻率與設(shè)備頻率相同,您可以自由選擇其他品牌的工具和焊頭。
焊頭材質(zhì)可選擇鋁合金、鈦合金、硬質(zhì)合金鋼。模具材料可選擇鋁合金、不銹鋼、樹脂模具。材料選擇的方法一般應(yīng)考慮塑料的種類、材料中玻璃纖維的含量、接頭的結(jié)構(gòu)和尺寸、焊縫的強度、使用壽命等。例如,硬質(zhì)合金鋼喇叭是延長使用壽命的不錯選擇。
超聲波焊接頭可以通過FEA(有限元分析)進行設(shè)計和優(yōu)化,這使得工程師能夠在實際生產(chǎn)之前評估焊頭振動和應(yīng)力,好的喇叭設(shè)計具有均勻的輸出幅度和很小的應(yīng)力,優(yōu)化前的焊頭設(shè)計,振幅輸出不均勻。右側(cè)的輸出幅度在優(yōu)化后是均勻的。
在喇叭的設(shè)計和制造中需要仔細(xì)考慮對稱性,喇叭的對稱性非常重要,不對稱喇叭會導(dǎo)致非軸向振動,徑向振動會大大增加應(yīng)力并導(dǎo)致喇叭故障。
良好的工具設(shè)計也非常重要,該工具有兩個主要用途:(1) 對齊焊頭下方的零件,(2) 牢固支撐焊接區(qū)域。剛性支撐有助于將超聲波能量反射回焊縫。因此,工具通常由金屬制成。
為了增加焊頭的耐磨性,提高其使用壽命,焊頭表面可進行碳化鎢或鍍鉻處理,工具可以分段設(shè)計,以更好地適應(yīng)產(chǎn)品。
5、焊接參數(shù)
在焊接過程中,焊接參數(shù)影響焊接結(jié)果。這些參數(shù)包括振幅、焊接壓力、觸發(fā)壓力、焊接距離和焊接能量。
不同類型的塑料需要不同的振幅。幅度可以通過軟件百分比設(shè)置進行微調(diào),也可以通過改變幅度調(diào)制器以不同的比例進行粗調(diào),焊接壓力可通過旋鈕或軟件設(shè)置進行調(diào)節(jié)。觸發(fā)壓力是指焊頭按壓產(chǎn)品,當(dāng)壓力達(dá)到一定設(shè)定值時,設(shè)備開始發(fā)射超聲波,該值可以通過旋鈕或軟件設(shè)置進行調(diào)整。
超聲波焊接過程有多種控制方法。
設(shè)置時間焊接模式,即超聲波焊接的時間。
設(shè)置距離焊接模式(位置焊接模式),即焊縫的距離或位置。
能量焊接模式是設(shè)置焊接能量的模式。
不同的產(chǎn)品適用于不同的焊接方式。例如,薄板焊接采用能量焊接模式,尺寸公差較大的產(chǎn)品采用距離焊接模式,高度公差要求的產(chǎn)品采用定位焊接模式。
此外,如果需要,可以監(jiān)控焊接過程的所有參數(shù),并可以設(shè)置參數(shù)化零件間距,以避免意外出現(xiàn)缺陷零件。
綜上所述,在超聲波焊接加工過程有這個5個因素,會受到影響,分別是:焊接系統(tǒng)頻率、材料、焊接接頭設(shè)計、工裝和焊頭、焊接參數(shù)。