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超聲波焊接加工過程,這5個因素會影響到加工

文章出處:華鋮超聲 | 作者:達華鋮超 | 發表時間:2023-08-28

  市場產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化為高頻振動機械能,這種往復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生摩擦和熱量。


  在超聲波焊接中,摩擦產生熱量并將兩個材料表面熔合在一起。在超聲波鉚接中,喇叭引導熔融塑料流以形成并壓縮零件。在超聲波螺母設置中,喇叭將金屬螺母驅動到塑料中。


  超聲波焊接系統包括不同頻率(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,包括標準焊機、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、焊縫設計、焊接參數以及零件的注塑成型,本文介紹了五個主要因素。


  1、焊接系統頻率


  超聲波焊接系統的常見頻率有15Khz、20Khz、30Khz、35Khz和40Khz。應根據產品尺寸、內部零件類型、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,從而避免對產品內部電子元件的損壞。


  適用于表面外觀要求A 級的小型產品,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。


  對于遠場焊接,即焊頭距離焊縫較遠,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中小型產品,也是當今應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。


  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、導熱率、比熱容、玻璃化轉變溫度Tg或熔化溫度Tm。


  一般來說,硬塑料更容易傳遞振動能量,因此表現出更好的遠場焊接性能。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和結晶態,非晶態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材料內傳輸。焊接結晶塑料需要更大的振幅和能量,因為超聲波能量在結晶材料中傳輸性較差,并且還需要仔細的焊接設計。


  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,稱為遠場焊接。距離越長,振動阻尼越大,焊接難度越大。


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  3、焊接接頭設計


  影響超聲波焊接重要的因素是接頭設計,工程師需要在設計階段仔細考慮和評估零件。焊接接頭有多種設計,每種設計都有自己的特點和優點,您選擇哪種設計取決于塑料類型、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。


  焊頭材質可選擇鋁合金、鈦合金、硬質合金鋼。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考慮塑料的種類、材料中玻璃纖維的含量、接頭的結構和尺寸、焊縫的強度、使用壽命等。例如,硬質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)進行設計和優化,這使得工程師能夠在實際生產之前評估焊頭振動和應力,好的喇叭設計具有均勻的輸出幅度和很小的應力,優化前的焊頭設計,振幅輸出不均勻。右側的輸出幅度在優化后是均勻的。


  在喇叭的設計和制造中需要仔細考慮對稱性,喇叭的對稱性非常重要,不對稱喇叭會導致非軸向振動,徑向振動會大大增加應力并導致喇叭故障。


  良好的工具設計也非常重要,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,工具可以分段設計,以更好地適應產品。


  5、焊接參數


  在焊接過程中,焊接參數影響焊接結果。這些參數包括振幅、焊接壓力、觸發壓力、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置進行微調,也可以通過改變幅度調制器以不同的比例進行粗調,焊接壓力可通過旋鈕或軟件設置進行調節。觸發壓力是指焊頭按壓產品,當壓力達到一定設定值時,設備開始發射超聲波,該值可以通過旋鈕或軟件設置進行調整。


  超聲波焊接過程有多種控制方法。


  設置時間焊接模式,即超聲波焊接的時間。


  設置距離焊接模式(位置焊接模式),即焊縫的距離或位置。


  能量焊接模式是設置焊接能量的模式。


  不同的產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,尺寸公差較大的產品采用距離焊接模式,高度公差要求的產品采用定位焊接模式。


  此外,如果需要,可以監控焊接過程的所有參數,并可以設置參數化零件間距,以避免意外出現缺陷零件。


  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:焊接系統頻率、材料、焊接接頭設計、工裝和焊頭、焊接參數。

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