塑料分为热固性塑料和热塑性塑料。热固性塑料可塑但不可逆。次加热时可熔化流动,加热到一定温度,产生化学反应,交联固化变硬而形成固体;但这种变化时不可逆的,振动焊接机安装,当重新受热加压时,热固性塑料不能再次熔化。因此,超声波焊接不能焊接热固性塑料。热塑性塑料可塑又可逆;当加热形成固体后,其内部结构仅经历形态的变化,是可逆的;重新加热和加压时,能够重新熔化并再次形成固体。超声波焊接能够焊接大部分的热塑性塑料。
热塑性塑料又分为无定形塑料和半结晶塑料,由于二者的分子结构和排布不同,二者的超声波焊接性能又有所差别。
无定形塑料的分子结构呈随机分布,没有一个明确的熔点tm,其在一个很广泛的温度范围内逐步软化、熔化和流动;而不是一旦加热到某个温度就立即从固体熔化,然后又立即固化。无定形塑料这种特性非常易于传导超声波振动能力,能够在较大的压力和振幅范围内进行超声波焊接。
半结晶塑料的分子结构在局部呈规律性分布,有一个明确的熔点tm,在温度达到熔点之前,半结晶塑料始终保持着固态;当温度达到熔点后,振动焊接机咨询,整个分子链---开始运动,并立即固化。无定形塑料和半结晶塑料的熔化过程区别如图所示。
半结晶塑料呈规律性分布的分子结构类似于弹簧,非常容易吸收高频的超声波振动能量,使得能量很难从焊头传导到焊接界面,必须有足够大的超声波能量才能使得半结晶塑料熔化。因此,相对于无定形塑料,半结晶塑料比较难焊接。为了使得半结晶塑料获得较高的焊接,往往需要考虑更多的因素,例如,较高的振幅、合适的焊接界面设计、焊头的接触、焊接的距离以及焊接夹具等。无定形塑料和半结晶塑料的超声波焊接难易程度如表2所示。
从微观上来看,当两个塑胶件从开始接触到后熔合在一起,可以分为四个阶段:
阶段:开始熔化阶段。在这一阶段,两个焊接零件表面间的摩擦和内部摩擦产生热量,塑料开始受热熔化。
第2阶段:连接阶段。在这一阶段,两个零件开始熔化在一起,形成较薄的熔合层,随着热量的增加,熔合层的厚度继续增加。
第3阶段:稳态熔流阶段。在这一阶段,熔合层的厚度继续增加,直到达到一定的厚度保持不变,振动停止。
第4阶段:保压/冷却阶段。在这一阶段,在焊接压力的保持下,熔流开始冷却凝固,两个塑胶件终焊接成一体。
2.1 换能器
通过逆压电效应将来自于发生器的超声频电压转化为同频率的超声机械振动。它由夹于两金属(通常是钛)块之间的若干压电陶瓷片组成。片与片之间有一薄金属板形成电极。在正弦电信号经由电极提供给换能器时,压电片膨胀和收缩,产生 15~20 μm 的轴向峰到峰运动。换能器是精密设备,应小心处理。
2.2 变幅杆
变幅杆有两个作用。其主要作用是放大换能器端部产生的机械振动并将振动传给焊头。另一作用是提供固定套件于焊接压力机上的位置。在换能器施加超声能量时,变幅杆也膨胀和收缩。与焊接套件中的其它零件一样,变幅杆是调谐装置,因而它也必须在特定频率共振以便将超声能量从换能器传至焊头。为了有效地发挥作用,变幅杆必须是超声波在其制造材质中的半波长或半波长的整---。一般为半波长。
2.3 焊头
焊头是焊接套件中向待焊零件提供能量的部分。与变幅杆一样,庆元振动焊接机,焊头也是调谐装置,在大部分应用中也提供机械放大,焊头的长度必须是超声波在其制造材质中的半波长或半波长
的整---。这---焊头端部有足够的振幅实现焊接。振幅一般为 30~120 μm。待焊零件和接头设计决定焊头的尺寸和式样。焊头的形状---,因为焊头的轴向膨胀和收缩产生的应力会在高振幅情况下造成开裂。在某些应用中,焊头加工有多个轴向狭槽。这是为了---振幅位于纵向。焊头端部将超声能量传给待焊零件。端部应专门设计以匹配零件来---焊头和零件之间实现能量传递。通常焊头端部做成匹配零件轮廓的型材。
为防止产生压痕和减少磨损,铝必须镀镍或铬。在需耐冲击或耐磨以及焊接填充塑料或者埋植金属嵌件时,需用钢焊头。钢焊头疲劳强度低,只用于低振幅场合。复杂零件、特型的或大尺寸零件通常需要复合式焊头(子母焊头),这时基底焊头采用铝质,钛或钢次级焊头与基底焊头相连并引导能量。台州市锦亚机械制造有限公司是一家生产塑料线性振动摩擦焊接机,热铆焊接机,热板焊接机,多头非标型超声波塑料焊接机,以及非标准设备、自动化设备、治具等研发、设计、制造及销售为一体的技术服务性实体公司。
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