產品結構設計·塑膠件產品超聲波結構設計

產品結構設計·塑膠件產品超聲波結構設計

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在塑膠件產品結構設計眾多的連接方式中，塑膠件的焊接也是不可或缺的一種，而且其焊接方式也涵蓋很多，目前比較常用的各類零件焊接的方式如：超聲波焊接、振動焊接、旋轉焊接、熱板焊接、感應焊接、接觸電阻焊接、熱氣焊接、擠出焊接等等，但超聲波焊接是我們實際工作中在塑膠產品上應用最廣泛的一種，本篇文章就和大家一起分享超聲波焊接工藝相關內容。

首先，我們一定要真正弄清焊接的原理，只有這樣，才能設計出好的焊接結構，才能在這種結構上成為真正的工程師，不然你的所謂經驗和資料，都將成為你的絆腳石。

焊接的原理：

幾乎所有的焊接，都是將兩焊接零件的焊接端面分子產生運動，使它們相互擴散，相互纏結。達到相互連接的目的。

比如我們的超聲波焊接就是利用焊頭的高頻振動,使兩焊接零件高頻磨擦，將機械能轉化為熱能，熱能將兩焊接面的分子溶解，恢復其活性，然後在外作用力的輔助下，分子相互纏結來達到焊接目的。其實不難明白，焊接就是一個讓分子相互纏結的過程。

由上圖我們就可以看出超聲波焊接的原理：

①超聲裝備工作原理：

輸入低頻電→通過電源箱變頻，轉換成高頻電輸出→通過邊變壓器裝置將高電頻信號轉換成機械振動→通過振幅變壓器整合振幅→輸出能量，將焊頭引至高頻振動→焊頭將塑膠零件高頻摩擦，產生熱能使塑膠熔化→風壓裝置同時下壓運動，將兩零件融合在一起然後冷卻，達到粘結的目的。

②超聲裝備各部件基本參數：

通過電源箱變頻後，其輸出頻率通常20~50kHZ之間，(20kHZ最常用)其振幅通常在15~60um。也有時候會將其頻率調成15kHZ.這種聲頻率適合用來超聲較大製件或是較軟的材料，如大型的PP材料外殼等。一但將超聲將塑膠局部熔化後，超聲會立即停止，通常這個超聲過程會在0.5~1.5S內完成。

超聲波焊接頭設計

對於像ABS ,PC,HIPS等易於超聲熔接焊的塑膠，其接頭形式通常設計成以下幾種

方案一

像這種接頭的設計是不適合用來做超聲熔接焊接的，它需要很長的焊接時間，很大的焊接能量，而且焊完後周邊還有熔膠會溢出，影響產品外觀。

方案二

如上圖改進後的超聲線設計，通常我們做成一條三角形的小骨，這樣會減小焊接能量和時間，(在學術界用專業的語言來講，這種小三角骨稱為能量導向器)但是仍然會有小部分溢料，影響外觀。

方案三

通常為了防止溢膠影響外觀，我們要做成如左圖形式，將超聲線做在止口內，防止塑膠熔體溢出。

方案四

當產品壁厚不夠，不能做止口結構時，為了防止塑膠熔體溢出影響外觀，通常我們將產品結構做成如左圖，做一個溢料收集器來防止不不良現像

方案五

有經驗的設計師應該都知道，沒有美工線的產品在裝配變形後極易引起上下蓋錯位，從而導致刮手。超聲也是一樣，也有錯位的機率，為了防止有刮手現像，最好還是做一點美工線在上面。

超聲線具體參數設計

實際上超聲線的參數與其被超聲零件和材質與其體積大小有一定的關係。通常可以這樣來設計的，僅供參考。

止口的設計參數通常如下圖：

有時為了增加超聲波焊接強度，我們也可以在超聲面上做一些紋理，用來做超聲強度改良，如圖：

有經驗的設計師應該知道超聲波焊接完後有時候產品會出現縫隙不均勻的現象，有些地方大，有些地方小，為什麼會出現這一情況呢？我們在設計上該如何防止呢？

首先我們假設在超聲波加工設備上是沒有問題的，那麼我們要在設計上來解決這一現象。一起來分析~~

不良原因一：超聲線的設計不良。

不良原因二：超聲零件的材質不同，在超聲焊接中，兩被超聲的零件儘可能使用相同的材料。

如像PA,它就只能與PA相互超聲連接。POM,只能與POM相互超聲。使用不同的材料相互超聲，更嚴重的會有根本無法焊接的現象。相對來講，半結晶塑膠比較容易出現不易超聲或是超聲不良。

如果說因產品需求，我們一定要用兩種不同的材料來進行超聲波焊接，建議將超聲結構做成機械互鎖式，如下圖

不良原因三：超聲零件過於潮濕或是零件內摻有玻纖或是其它阻燃劑等化學成分，也會導致超困難或是不良現像

由於文章篇幅，塑膠產品超聲波焊接結構設計相關內容暫且整理分享至此，希望能對正在從事設計的你或將要入行的你有所幫助

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