基于不規(guī)則塑膠件的超音波熔接技術(shù)

郭聰 陳紹東

摘要：新產(chǎn)品發(fā)展的日新月異，好的外觀設(shè)計產(chǎn)品能迅速占領(lǐng)市場，引領(lǐng)消費(fèi)者需求，在這種情況下，不規(guī)則的產(chǎn)品也日益出現(xiàn)。目前對不規(guī)則塑膠件的超音波熔接尚無專門的的研究技術(shù)。本方案結(jié)合生產(chǎn)工作中遇到的問題，提出了實(shí)際方案，對解決不規(guī)則產(chǎn)品的熔接技術(shù)難題有重要的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：不規(guī)則；塑膠件；超音波；夾具；熔接

中圖分類號：TH841 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

超音波焊接是熔接熱塑性塑料制品的高科技技術(shù)，各種塑膠件均可使用超音波熔接處理，而不需加溶劑、粘接劑或其它輔助產(chǎn)品。超聲焊接的原理是利用超聲波頻率造成高速振動， 使塑料與塑料的對接面因摩擦生熱而融合；當(dāng)超聲波作用于熱塑性塑料的接觸面時， 每秒幾萬次的高頻振動把超聲能量傳送到焊接區(qū)。由于兩焊接件交界處聲阻大， 因此會產(chǎn)生局部高溫， 接觸面迅速熔化， 在壓力作用下融合為一體。當(dāng)超聲波停止作用后， 讓壓力持續(xù)作用幾秒鐘， 使其固化定型， 這樣焊接強(qiáng)度可接近原材料的強(qiáng)度。? 超音波焊接的效果取決于許多因素，例如塑膠類型、產(chǎn)品形狀（幾何外形，壁厚等）、焊接的要求（即粘性、強(qiáng)度、密封等）。

超聲焊接是一種新穎的塑料二次加工技術(shù)， 以其高效、優(yōu)質(zhì)、美觀、節(jié)能等優(yōu)勢而發(fā)展起來。? 超音波焊接的產(chǎn)品給我們的生產(chǎn)生活帶來了很大的方便，其廣泛運(yùn)用于汽車，電器，醫(yī)療，玩具等行業(yè)中，很多產(chǎn)品是超音波熔接的，如電視機(jī)的音響系統(tǒng)等。

新產(chǎn)品發(fā)展日新月異，好的外觀設(shè)計產(chǎn)品能迅速占領(lǐng)市場，引領(lǐng)消費(fèi)者需求，在這種情況下，不規(guī)則的產(chǎn)品也日益出現(xiàn)。對于一些不規(guī)則的塑膠件如何能獲得最佳焊接結(jié)果呢？

筆者在實(shí)際工作中就碰到這樣的情況，最終經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)檢討后解決了這個問題。下面以筆者開發(fā)設(shè)計的一個產(chǎn)品（三星音頻底座DA-E650）為例來說明。

1 不規(guī)則塑膠件焊線設(shè)計

本產(chǎn)品是只需要保證密封性好，對外觀要求一般。故采用了普通的三角形焊面設(shè)計，產(chǎn)品壁厚3mm， 焊線高0.5mm。

在超音波焊接過程中，能量導(dǎo)向部分允許迅速焊接，同時達(dá)到最大的強(qiáng)度。通常，對于易焊接的樹脂能量導(dǎo)向部分最小高度為0.25毫米。對于某些需要高能量的樹脂，即結(jié)晶型、低剛度或高熔化溫度的非晶型（如聚碳酸酯、聚砜）樹脂，需要較大的能量定向部分，其最小高度為0.5毫米。

2 夾具裝置

夾具裝置的主要用途是固定零件，使之與焊接頭對準(zhǔn)，同時對組合件提供適當(dāng)?shù)闹?。對于這個產(chǎn)品，幾何外形不規(guī)則且無對稱性， 為了保證超音波能量向熔接界面的傳遞，筆者采用了分段夾具設(shè)計，即分二次來進(jìn)行熔接。

簡單的夾具可用木料、環(huán)氧樹脂或熟石膏建造。對于更精密、更長壽命的夾具則要用鋁、鋼、黃銅、鑄塑尿烷或其它的彈性材料。夾具設(shè)計范圍廣，從快速拆卸夾具到簡單的金屬板均有，應(yīng)用的要求和生產(chǎn)率通常決定夾具的設(shè)計。一般需要從如下三方面來考慮夾具的設(shè)計：

1. 產(chǎn)品的要求：決定模具的使用壽命，磨損率，因而采用何種金屬。

2. 產(chǎn)品的形狀：采用何種熔接工藝，設(shè)定模具的大小，壓力傳達(dá)區(qū)，產(chǎn)品在熔合時可能產(chǎn)生的變形，需要多大功率和何種功能。是否可以一次熔接完成工作。

3. 產(chǎn)品的塑料性質(zhì)：決定模具的振幅和應(yīng)接受超聲能量，導(dǎo)能線的形式，位置，大小。在不同的塑料組合時，應(yīng)該怎樣設(shè)計觸位？

根據(jù)這個產(chǎn)品外形尺寸和具體要求，筆者采用了鋁鎂合金制作超音波模具，該材料具有極高的機(jī)械屈服強(qiáng)度，硬度高，熱傳導(dǎo)性強(qiáng)，是理想的超音波模具制造材料；采用鋁鎂合金材料結(jié)構(gòu)，保證了夾具裝置可提供必要的剛度。同時在內(nèi)部承托裝置采用熟石膏設(shè)計，具有一定程度的彈性。

3 超聲波機(jī)器選擇

產(chǎn)品的形狀和材料等決定了所需要的超音波熔接機(jī)功率大小和特質(zhì)。根據(jù)設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際試驗(yàn)中，首先使用了 2.6KW，15KHZ的超音波機(jī)器進(jìn)行生產(chǎn)，但是產(chǎn)品出現(xiàn)了BOSS柱斷裂的現(xiàn)象，不良率高達(dá)80% 另外還有個別熔接不完整，產(chǎn)品密封不好的情況。 對于這種不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，筆者和產(chǎn)品作業(yè)人員顯然沒有意識到。 在仔細(xì)分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)后，更換了大的超聲波設(shè)備，采用4.2KW， 15KHZ的機(jī)器，解決了密封不好的，但是產(chǎn)品損傷BOSS柱斷裂的現(xiàn)象還時有發(fā)生，不良率有時5%，有時達(dá)20%，生產(chǎn)極不穩(wěn)定。

最后對夾具進(jìn)行了分析和修理，在夾具和產(chǎn)品棱角的接觸處采用了R角過渡設(shè)計，保證振動空間，避免熔接時對BOSS柱的過盈接觸，同時又保證了在連接區(qū)產(chǎn)生異相狀態(tài)，使產(chǎn)品完整熔接。經(jīng)過本次的改善，產(chǎn)品量產(chǎn)順利進(jìn)行。

4 結(jié)論

1，對于不規(guī)則產(chǎn)品設(shè)計，夾具本身要有一定彈性。

2，在超音波機(jī)器功率的選則上，對于不規(guī)則產(chǎn)品，要選擇平時經(jīng)驗(yàn)大一號的機(jī)器。和頻率要選擇正確，這個需要在實(shí)際生產(chǎn)中多試驗(yàn)，

3，紙上的設(shè)計思想需要經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)，在這個產(chǎn)品的熔接上，出現(xiàn)的BOSS柱斷裂現(xiàn)象值得大家警示。

4，內(nèi)部夾具設(shè)計時需要對接觸棱角處的R角要大一些，保證振動空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李小明， 李彥生， 韓景蕓等. 基于超聲波焊接技術(shù)的快速成型方法研究， 《機(jī)床與液壓》， 2007，35（03）：（第4-6頁）

[2] 陳國，夏毅然，孔令斌等. 塑料焊接技術(shù)及其在醫(yī)用制品中的應(yīng)用. 《工程塑料應(yīng)用》，2003.，31（09）：（第36-38頁）

作者簡介：

郭聰，（1980- ），男，山西保德人，大學(xué)本科，惠州三星電子有限公司數(shù)碼研究所，主任工程師，主要負(fù)責(zé)三星家庭影院等消費(fèi)類電子產(chǎn)品的研究開發(fā)工作。 郵編： 516029

E-mail：cong.guo@samsung.com， HP： 13143619842

陳紹東，（1978- ），男，重慶人，大學(xué)本科，惠州三星電子有限公司數(shù)碼研究所，技術(shù)總監(jiān)，主要負(fù)責(zé)三星家庭影院等消費(fèi)類電子產(chǎn)品的研究開發(fā)工作。 郵編： 516029

第一作者聯(lián)系地址：

廣東省惠州市仲愷六路256號三星電子有限公司數(shù)碼所 郭聰（收）， 郵編： 516029

Tel： 0752-3166411 HP： 13143619842，E-mail：cong.guo@samsung.com