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ronghua56 发表于 2008-5-21 17:47:12

塑膠產品超音波結構設計

塑膠產品超音波結構設計(轉載)
超声波焊是一种快捷，干净，有效的装配工艺，用来装配处理热塑性朔料配件，及一些合成构件的方法。目前被运用的朔胶制品与之间的粘结，朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结！
它取代了溶剂粘胶机械坚固及其它的粘接工艺是一种先进的装配技术！超声波焊接不但有连接装配功能而且具有防潮、防水的密封效果。一、超声波的优点：
1.节能
2.无需装备散烟散热的通风装置
3.成本低,效率高
4.容易实现自动化生产！
目前工厂常用的超声波焊接机http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/20085610223597.gif二、超声波焊接机的工作原理!
超声波焊接装置是通过一个电晶体功能设备将当前50/60Hz的电频转变成20KHz或40KHz的电能高频电能，供应给转换器。转换器将电能转换成用于超声波的机械振动能，调压装置负责传输转变后的机械能至超声波焊接机的焊头。
焊头是将机械振动能直接传输至需压合产品的一种声学装置！！
振动通过焊接工作件传给粘合面振动磨擦产生热能使塑胶熔化，振动会在熔融状态物质到达其介面时停止，短暂保持压力可以使熔化物在粘合面固化时产生个强分子键，整个周期通常是不到一秒种便完成，但是其焊接强度却接近是一块连着的材料!!三、超声波焊接的应用领域
目前被运用的朔胶制品与之间的粘结，朔胶制品与金属配件的粘结及其它非朔胶材料之间的粘结！四、超声波焊接的工艺
焊接：
指的是广义的将两个热塑性塑料产品熔接的过程。当超音停止振动时，固体材料熔化，完成焊接。其接合点强度接近一整块的连生材料，只要产品的接合面设计得匹配，完全密封是绝对没有什么问题的。碟合：
熔化机械锁形成一个材质不同的塑料螺栓的过程。嵌入：
将一个金属元件嵌入塑料产品的预留孔内。
具有强度高，成型周期短安装快速的优点！！
类似于模具设计中的嵌件！
弯曲/生成
音波将配件的一部分熔化再组成一个塑料的突起部位或塑料管或其它挤出配件。这种方式的优势在于处理的快速，较小的内压，良好的外观及对材料本性的克服。点悍
点焊是对没有预留也或能源控制的两个热塑塑料组件的局部焊接。点焊也能产生一个强有力的粘合构造，尤其适合一些大型配件、有突起的塑料片或浇注的热塑塑料以及那些结构复杂、难以进入接合面的产品。剪切
切和封口一些有序与无序的热塑材料的超音波工艺。用这种方法密封的边缘不开裂，且没有毛边、卷边现象。纺织品/胶片的密封纺织品品及一些胶片的密封也可用到超音波。它可对胶片实行紧压合，还可对纺织品进行整洁的局部剪切与密封。缝合的同时也起到了装饰的作用。聚合物：热塑性与热固性
将单体结合在一起的过程称为“聚合”。聚合物基本可分为两大类：热塑性和热固性。热塑性材料加热成型后还可以重新再次软化和成型，基所经历的只是状态的变化而已-这种特性使决定了热塑性材料超音波压合的适应性。热固性材料是通过不可逆反的化学反应生成的，再次加热或加压均不能使已成型的热固性产品软化，所以传统上一直认为热固性材料是不适合使用超音波的。
影响超音波焊接的因素说起热塑塑料的可焊接力，不能不说到超音波压合对各种树脂的要求。其最主要的因素包括聚合物结构，熔化温度、柔韧性（硬度）、化学结构。聚合物结构
非结晶聚合物分子排列无序、有明显的使材料逐步变软、熔化及至流动的温度（Tg玻璃化温度）。这类树脂通常能有效传输超音速振动并在相当广泛的压力/振幅范围内实现良好的焊接。
半结晶型聚合物分子排列有序，有明显的熔点（Tm熔化温度）和再度凝固点。固态的结晶型聚合物是富有弹性的，能吸收部分高频机械振动。所以此类聚合物是不易于将超声波振动能量传至压合面，帮要求更高的振幅。需要很高的能量（高熔化热度）才能把半结晶型的结构打断从而使材料从结晶状态变为粘流状态，这也决定了这类材料熔点的明显性，熔化的材料一旦离开热源，温度有所降低便会导致材料的迅速凝固。所以必须考虑这类材料的特殊性（例如：高振幅、接合点的良好设计、与超音夹具的有效接触、及优良的工作设备）才能取得超声波焊接的成功。熔化温度
聚合物的熔点越高，其焊接所需的超音波能量越多. 硬度（弹力系数）
材料的硬度对其是否能有效传输超音速振动是很有影响的。总的说来，愈硬的材料其传导力愈强。问题一：
我以前有做过一个这样的东东，在一个表面要求较高的塑胶件是垂直打入一个带内螺丝的金属件，要求用15KG的力都拉不出该金属件，结果出来的东东都凶多吉少，
问题：
1.用超声波打入时，破坏了已有高质量塑胶表面，不但是精度达不到了，个别还出现凹凸什么的。
2.打好的东东放几天之后出现裂纹，使得预留孔与金属件的干涉量一点都不好控制，大了--开裂，小了--能承受的拉力不够。
3.垂直度不好控制，装上螺丝之后发现它老人家居然是斜的，最后不得不改用其它方式作罢
答：出现以上情况，主要是因为你的金属件结构不合理。这种场合的金属件（铜套）外表一般都要采用花纹（滚花）或者条文，花样很多，有专业的厂家制造！而且中间腰部还要切一圈，类似于“退刀槽”一样的结构，然后在塑胶件孔内预留单边0.1～0.2（根据花纹的粗细）过盈量，再采用超声波压入，用夹具保证垂直即可！问题二：
如果該產品是防水產品，你的分段超聲線是否導致漏水呢？
答：对防水产品来讲，应该是不可取的！！http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/2008561089610.gif
http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/20085610817637.gif
http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/20085610822346.gif
http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/20085610828809.gif资料二：
1、http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/20085610940553.gifhttp://www.1mp.cc/uploadpic/2008/200856101022614.gif以下是经验之谈
上次我们公司要模具厂家做一个电池盒，电池的上下盖就是用超声波焊接在一起的。那是我第一次接触到超声波焊接的概念，厂方的技术员希望结合处的截面是前面的三种样式，当然具体哪一种就根据你设计的产品的实际情况来定了。第四种情况是不能接受的。可能和rubbin的内容重复了，不过这是我遇到的实际情况，大家看看看看吧。http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/200856101134644.gif 关于超声的截面形状，就不说了，我这里增加一个对与三角形截面超声的底下平台的尺寸，一般我在手机电池中所做的超声线采用3角形，尺寸高度0.3--0.4，角度采用60度，在电池中，由于壁厚有限，一般只有0.7--1.0，我们尽量会采用RUBBIN所说的STEP JOINT方式，但是平台的尺寸我们一般会做到0.6以上，否则容易出现超声线往里面跑，超声不牢，另外一种就是壁厚足够，采用我图上所示的那种形状，里面做个筋挡住它，这样的超声效果一般都很好 http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/20085610132163.gif
http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/20085610138282.gif 在设计超声模具时，象我所贴图中的电池上壳是做在下模，下壳(绿色的)做在上模，因为下壳比较浅，这样超声时能量损失会比较小另外还需注意一下超声线的长度，太长了塑胶超声时没地方跑，不容易压下去，需要用较大的振幅才可以，我常做的超声线长度一般为3-4MM.http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/200856101422453.gif
其实我在实际的设计中一般也是采用“cmk123cn”兄所讲的那种形式，一般的情况为了更好的保机壳上下盖在超音波熔接之后的强度，可以将上下盖的高度做得不一至，即打破传统的设计观念，不将Case从中间分开，而是整个高度尺寸上下盖可以做得高一点，上盖的高度尺寸可以做得小一点，这样在超音波熔接之后一般的情况下强度会较中分的要好得多。
同时还要注意一点的是，一般的情况我是将音波线做在上盖上，而凹槽部分做在下盖上，这样做当然也是为提高其强度（个人看法）。
对于音波线的高度我一般的情况下会取得比较大，因为根据前次我所讲的IEC标准，如音波线的高度做得太小了，则无法通过此检验标准的。
以下是我在设计中常用的取值标准：音波线的H=0.9~1.0mm，形状呈三角形，音波线的W=1.2mm左右(当然底部还会有一节过渡段，H=1.5mm左右；下盖的凹槽：H=1.5~1.6mm,W=1.5~1.6mm。这样熔接之后的美观线高度一般会在0.5mm以下，尺寸做得好可以达0.3mm以下的美观线（这个看你自己怎么定了）。
上面cmk123cn兄所讲的在做音波线时提到了做成虚线的形式，其实这一招在平时也是满有道理的：
1.可以减少溢胶的可能性，一般情况下，做成虚线的音波线很少会有溢胶的现象的啦。
2.有很好的熔接效果，其实这一点我还存在有一点点困惑的，依我个人认为，虚线音波线的熔接强度应该要比实线音波线的熔接强度低一些。兄弟们可别拿砖头扔我哦，说错了请指正。
圖片來了,但是事先聲明,這只是本人在實際設計中用到的經驗數據,各位可以做個參考.
http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/200856101535499.gif
http://www.1mp.cc/uploadpic/2008/200856101541284.gif 以上是我在雙邊熔接時所常用的數據,而如果因機殼的內壁空間不夠時,可以考虙用單邊熔接,但是熔接強度肯定要低一些的,不過在做單熔接時一定要注意的是音波線不可以太高了,一般應在0.5mm以下(三角形的高度),如果大於此數據在做熔接時一定會出現中間錯位的現象.

飞龙发表于 2008-5-21 17:56:48