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                超声波焊接加工过程,这5个因素会影响到加工

                文章出处:华铖超声 | 作者:达华铖超 | 发表时间:2023-08-28

                  市场产品加工的会有不同的方式,如焊接加工、机械加工、热加工等,加工方式都是产品来的,焊接加工又有超声波焊接加工、电焊接加工,这两种加工方式是使用的设备,过程是一样的,今天就来聊聊其中一种,接下来看看超声波焊接加工过程,这5个因素会影响到加工。


                  超声波焊接的基本原理是将高频电能转化为高频振动机械能,这种往复振动传递到热塑性塑料和金属,在塑料和塑料、塑料和金属,金属和金属界面处产生摩擦和热量。


                  在超声波焊接中,摩擦产生热量并将两个材料表面熔合在一起。在超声波铆╲接中,喇叭引导熔融塑料流以形成并压缩零件。在超声波螺母设置中,喇叭将金属螺母驱动到塑料中。


                  超声波焊〒接系统包括不同频率(15Khz至50Khz)、不同功率(600W至4800W)、不同类型如空气超声波焊机、伺服超声波焊机、手持式焊机、非焊机等多种配置选择,包括标准焊机、金属超声波焊机等


                  另外,超声波焊接的成功与否还受到许多因素的影响,包括模具(包括上焊头和下下模)、频率、材料、焊缝设计、焊接参数以及零件的注塑成型,本文介绍了五个主要因※素。


                  1、焊接@ 系统频率


                  超声波︾焊接系统的常见频率有15Khz、20Khz、30Khz、35Khz和40Khz。应根据产品尺寸、内部零件↘类型、强度、外观等要求选择合适的焊接频率。一般来说,可以参考以下原∏则:


                  焊接用高频40Khz焊机用于焊接小型精密电子产品(包括PCB板和微型电子元件),40Khz焊机的振幅较小,焊接压力也可以降到很低,从而避免对产品内部电子元件的损坏。


                  适用于表面外观要求A 级的小型产品,我们采用40Khz焊机进行焊接,振幅和压力较小,改善了△外观。


                  我们使用15Khz或20Khz低频焊机来焊接中型和大型零件。


                  PP等软质材料及刚性较低的薄壁制品采用低频大振幅15Khz焊机进行焊接。


                  对于远场焊接,即焊№头距离焊缝较远,例如距离焊缝12mm以上时,采用低频、大振幅15Khz焊机进行焊接。


                  20Khz焊机适合焊接大多数中小型产品,也是当今应用广泛的超声波频率。


                  2、材料


                  对于塑料的超声波焊接,仅适用于焊接热塑性塑料。因为它在一定温度范围内可以熔化。另一方面,热固性塑料不能用超声◇波焊接,因为它们在加热时会变质。


                  热塑性塑料的可焊性取决于↑材料的刚度或模量、密度、摩擦系数、导热率、比热容、玻璃化转变温度Tg或熔化温度Tm。


                  一般来说,硬塑料更容易传递振卐动能量,因此表现出更好的远场焊接性能。低模量的软塑料会抑制超声波振动,使其更难以焊接。超声波铆接和点焊则相反:塑料越软,越容易※铆接和点焊。


                  塑料一般分为非晶态和结晶态,非晶态塑料很容◥易进行超声波焊接,因为超声波能量很容易在非晶态材料内传输。焊接结晶塑料需要更大的振幅和能量,因为超声波能量在结晶材料中传输性较差,并且还需要仔细的焊接设计。


                  可以进一步影响可焊性的因素包括水分含量、脱模剂、润滑剂、增塑剂、填料增强剂、颜料、阻燃剂、其他添加剂以及实际的树脂等级。另请注意,不同的材料具有不同程度的兼容①性。某些材料的某些牌号在某种程度上是兼容的,而其他牌号则不兼容。


                  后面,我们还需要考虑焊缝是近场焊缝还是远场焊缝。如果焊头接触零件与焊肋之间的距离小于6mm,则称为近场♀焊接。6mm以上,称为远场焊接。距离越长,振动阻尼越大,焊接难度越大。


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                  3、焊接接头设计


                  影响超声波焊接重要的因素是接头设计,工程师需要在设计阶段仔细考虑和评估零件。焊接接头有多种设计,每种设计都有自己的特点和优点,您选择哪种设计取决于塑料类型、零件〗几何形状、焊接要求、注塑能力和外观要求。


                  4、工装和焊头


                  一般情况下,客户选择与焊机相同品牌的工装¤和焊头。事实上,如果焊头频率与设备频率相同,您可以自由选择其他品牌的工具和焊头。


                  焊头材质可选择铝合金、钛合金、硬质合金钢。模具材料可选择铝合金、不锈钢、树脂模具。材料选择的方法一般应考虑塑■料的种类、材料中玻璃纤维的含量、接头的结构和尺寸、焊缝的强度、使用寿命等。例如,硬质合金钢喇叭是延长使用寿命的不错选择。


                  超声波焊接头可以通过FEA(有限元分析)进行设计和优化,这使得工程师能够在实际生产之前评估焊头振◤动和应力,好的喇叭设计具有均匀的输出幅度和很小的应力,优化前的焊头设计,振幅→输出不均匀。右侧的输出幅度在优化后是均匀的。


                  在喇叭的设计和制造中需要仔细考虑对称性,喇叭的对称性非常重要,不对称喇叭会导致非轴向振动,径向振动会大大增加应力并导致喇叭故障。


                  良好的工具设计也非常重要,该工▲具有两个主要用途:(1) 对齐焊头下方的零件,(2) 牢固支撑焊接区域。刚性支撑有助于将超声波能量反射回焊缝。因此,工具通常由金属『制成。


                  为了增加焊头的耐磨性,提高其使用寿命,焊头表面可进行碳化钨或镀铬处理,工具可以分段设计,以更好地适应产品。


                  5、焊接参数


                  在焊接过程▓中,焊接参数影响焊接结果。这些参数包括振幅、焊接压力、触发压力、焊接距离和焊接能量。


                  不同类型的塑□料需要不同的振幅。幅度可以通过软件百分比设置进行微调,也可以通过改变幅度调制器以不同的比例进行粗调,焊接压力可通过旋钮或软件设置进行调节。触发压力是指焊头按压产品,当压力达到一定设定值时,设备开始发射超声波,该值可以通过旋钮或软件设置进行调整。


                  超声波焊接过程有多种控制方法。


                  设置时间焊接◣模式,即超声波焊接的时间。


                  设置距离焊接模式(位置焊接模式),即焊缝的距离或位置。


                  能量焊接模式是设置焊ぷ接能量的模式。


                  不同的产品适用于不同的焊接方式。例如,薄板焊接采用能量焊接模式,尺寸公差较大的产品采用距离焊接模式,高度公差要求的产品采用定位焊接模式。


                  此外,如果需要,可以监控焊接过程的所有参数,并可以设置参数化』零件间距,以避免意外出现缺陷零件。


                  综上所述,在超声波焊接加工过程有这个5个因素,会受到影响,分别是:焊接系统频率、材料、焊接接头设计、工装和焊头、焊接参数。

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