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塑膠件超聲波焊接結構設計

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發(fā)表時(shí)間:2024-05-29 10:54

Q:常見(jiàn)的焊縫設計有對接、臺階、溝槽和剪切接頭等,哪一種是最好的?

A:沒(méi)有一種焊縫設計被認為是所有應用中的“最佳”的。它們有各自獨特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),必須根據每個(gè)零件材料和尺寸特點(diǎn)、應用要求,以及設計約束來(lái)加以考慮。


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                                                                                                               常見(jiàn)焊接縫的設計

                       薄壁超聲波結構設計.png85.png


                                                                       兩種超聲波焊接結構優(yōu)化設計的結構


Q:焊接強度是評價(jià)焊縫好壞的第一標準,而其他因素,例如美觀(guān)性或密封性要求對接頭設計有什么影響?

A:所有這些因素肯定會(huì )影響接頭設計。例如,簡(jiǎn)單的臺階接頭適用于僅需要強度和美觀(guān)的大多數應用。如果產(chǎn)品需要密封性,則最好使用剪切接頭或者溝槽接頭。如果要焊接的是具有內部流體通道的醫療部件,則最好使用溝槽接頭,可將內部溢料隔離,并防止其松散顆粒進(jìn)入流體通道。

在討論具體應用時(shí),我們會(huì )查看所有要求,整個(gè)零件的設計,壁厚,材料和限制約束,然后選擇最合適的接頭設計。

塑料設計的原則.png



Q:材料在超聲波焊接的接頭設計中起什么作用?特定材料會(huì )需要特定接頭設計嗎?

A:在大多數情況下,材料可選擇任一種接頭設計。但在某些情況下,會(huì )存在一些因素影響接頭設計。例如,較大的零件采用半結晶材料如PP,薄壁變得非常柔軟且不穩定。在這種情況下,我們不建議采用對接或者臺階接頭設計。因為,柔軟的薄壁會(huì )產(chǎn)生變形和彎曲,導致能量耗損和接頭錯位問(wèn)題。當然,如果在塑料中增加玻璃纖維,增加材料剛度,那么可以在某種程度上抵消該問(wèn)題。


Q:不同材料可以焊接嗎?

A:根據經(jīng)驗,要實(shí)現真正的化學(xué)分子鍵連接,必須是相同材料焊接。但是,也有一些例外,即材料特性足夠接近,保證在焊接時(shí)能夠充分融合。例如,可以將ABS焊接到PMMA或PC上,效果非常好。盡管少數其它材料的組合具有不同程度的兼容性,但是設計時(shí)應該盡量避免不同材料焊接。

如果采用超聲波鉚接,則無(wú)需考慮材料兼容性問(wèn)題。例如,通過(guò)鉚接形成的鉚點(diǎn)(蘑菇頭),你可以將金屬板固定在塑料外殼上。對于薄膜和過(guò)濾膜的焊接到塑料表面,則是通過(guò)熔化的塑料流入薄膜的多空結構中,形成機械連接。這類(lèi)似于一塊口香糖粘在地毯上,是機械連接,并非是化學(xué)分子鍵連接。


Q:產(chǎn)品的外形對焊接有影響嗎?接頭轉彎時(shí)采用圓角還是尖角?

A:正方形和圓形的部件都可以成功焊接,但是每一個(gè)都有獨特的挑戰。對于需要密封的方形零件,當接頭轉彎時(shí),要避免急劇的90度方向變化。材料往往會(huì )在這些區域中意外流動(dòng),并可能導致泄漏。因此,我們建議轉彎處采用圓角設計。

這也適用于零件內部結構和加強筋設計上。尖銳的90度內角在振動(dòng)載荷下往往會(huì )產(chǎn)生應力集中并積累導致?lián)p傷,因此需要增加圓角半徑。

                        超聲波近場(chǎng)焊接和遠場(chǎng)焊接.png帶有美觀(guān)線(xiàn)的超聲波結構.png

                           超聲波遠場(chǎng)焊接和近場(chǎng)焊接                                                     一種帶有美觀(guān)線(xiàn)的超聲波焊接結構


Q:遠場(chǎng)焊接和近場(chǎng)焊接有什么區別?

A:遠場(chǎng)焊接是指焊頭與零件接觸面與接頭相距較遠,因此振動(dòng)能量必須傳播更長(cháng)的距離才能到達接頭。盡管有許多成功的遠場(chǎng)應用實(shí)例,但是近場(chǎng)焊接還是首選。尤其是使用較軟的半結晶熱塑性塑料時(shí),遠場(chǎng)焊接會(huì )損耗大量的振動(dòng)能量。

Q:哪些應用無(wú)法使用超聲波焊接?如何解決該問(wèn)題?

A:導致無(wú)法使用超聲波焊接,最主要原因是零件尺寸過(guò)大。單個(gè)焊頭可焊接區域是有限制的。如果部件需要連續焊接,例如密封容器,并且焊接區域大于焊頭的最大尺寸,那么顯然這是不可行的應用。最可能解決方法是將要焊接蓋子的尺寸減小。

另一種困難的應用是多層焊接,在同一個(gè)零件上不同的高度位置焊接多個(gè)零件,如同三明治結構,然后一次將它們全部焊接。對于這類(lèi)應用,我們始終建議分別焊接每個(gè)子組件,然后將子組件組合并進(jìn)行一次最終的總裝配焊接。

為什么要設計能量導向.png

Q:焊縫接頭設計不佳或者有缺陷,是否可以通過(guò)調整焊接參數和模具來(lái)解決?還是重新設計零件更好?

A:在某種程度上,可以通過(guò)優(yōu)化焊接參數或者改善治具,來(lái)克服因缺陷導致的一些小問(wèn)題。但在極端情況下,此類(lèi)應用的焊接工藝窗口會(huì )非常狹窄,無(wú)法進(jìn)行改善,需要重新設計零件。


Q:當焊縫接頭設計合理,還會(huì )遇到焊接失敗的問(wèn)題嗎?

A:會(huì )失敗。除了接頭設計合理,高質(zhì)量的成型零件也非常重要。我們有時(shí)會(huì )看到在紙上看起來(lái)很棒的設計,然而零件從注塑廠(chǎng)出來(lái)后,焊接卻遇到各種問(wèn)題,例如強度不足不密封等。

注塑件的質(zhì)量非常重要,要重視零件尺寸公差,縮痕,翹曲,分型線(xiàn)或不良位置的澆口。在成型過(guò)程中避免這些問(wèn)題,以確保焊接成功的最大概率。


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