35kHz超聲波塑料焊接機械結構的研制

馮 雨

（佛山市順德區金長興電子科技有限公司，廣東 佛山 528300）

在塑料產品制作工藝中，超聲波焊接技術能夠對塑料產品進行快速而高效地連接，在連接過程中不需要對塑料產品進行外部加熱，也不用使用任何焊劑，而且焊接后的焊縫質量非常好，焊接強度也非常高。超聲波焊接技術在應用過程中的成本低廉，而且具備很高的安全性，這也使其在塑料機械產品中是經常被應用到，在文具行業、化妝行業、玩具行業、電子行業中得到了廣泛的應用。

1 超聲波塑料焊接技術及其特性

1.1 超聲波塑料焊接技術

超聲波塑料焊接技術是通過超聲波的振動原理使塑料產品得以熔接在一起。超聲波在對塑料焊件進行焊接時，超聲波中的分子和塑料產品接觸面之間會發生摩擦，進而使塑料焊接表面焊接處中的溫度迅速達到塑料的熔化點，此時兩個塑料焊件的熔體便會流動到一起，當超聲波中的分子停止振動時，塑料熔體會受到壓力的作用而迅速固化并結晶，從而使焊接均勻。此時的焊接點強度是和原材料相接近的。要想使塑料機械焊件得以焊接在一起，應確保超聲波的熱量僅能在焊接區域中發生，應采用相應的能量導向結構來對超聲波所產生的熱量進行傳遞引導，而該能量導向結構又被稱之為焊線結構。

1.2 超聲波塑料焊接技術的特性

超聲波塑料焊接技術僅適用于熱塑性塑料，而對于其他材料則并不適合使用，之所以要選擇熱塑性塑料，其根本原因在于熱塑性塑料在熔化后再固化時，其化學特性與物理特性都是保持不變的。按照特性對熱塑性塑料進行劃分可將其分成結晶性與非結晶性。其中，結晶性塑料的熔點明顯，其在固化時內部分子會按照相應的規則進行排列，以形成晶區。

2 35kHz超聲波塑料焊接機械結構的研制

2.1 35kHz超聲波塑料焊接機械結構的研制要求

對于35kHz超聲波塑料焊接機械結構來說，要想確保其結構研制合理，應滿足以下5點要求，①應確保超聲波中的能量能夠被引導到焊接位置中，通常可將焊線結構做成尖角，并在尖角端部設置成倒角，倒角半徑應控制在0.1mm以內，以形成能量導向，尖角角度可選擇45、60、90及120度，而能量導向高度則需要根據焊件壁厚及材料進行調整，通常來講，能量導向的高度不應小于材料壁厚的1/2，而且為了避免產生能量導向多余的問題，應確保其他機械結構中的倒角半徑應在0.2mm以上；②在機械結構焊接時應確保焊頭能夠完全接觸，焊頭應與焊接位置盡量貼近，以使焊頭能夠對焊接位置進行全面覆蓋；③焊接結構應具備支撐構件，以避免力在傳遞時發生流失，可采用工裝來對機械結構進行支撐保護，支撐面至少應在焊線接縫的兩倍以上，并使支撐面盡量與支撐面相靠近；④在焊接時應避免熔接物發生溢出，對于非結晶塑料來說，可不進行密封，焊拉位置的壁厚應控制在1mm，當密封區域不完整時，只需開啟其內側面密封，并對其中一個面進行密封即可，這樣能夠有效保障材料的外觀質量，而且在焊接黏合力上也更有保證；⑤應對焊接位移及體積進行預留，以使熔體能夠在焊接位置范圍以內進行自由的流動以避免塑料焊件間隙發生阻塞。

2.2 常見的塑料機械焊線結構

常見的塑料機械焊線結構主要舌槽式、V型槽式、階梯性以及斜截面式。對于壁厚超過1.5mm的機械焊接產品來說，以舌槽式的焊線結構最為適合，而對于壁厚在1 mm左右的機械焊接產品，則可采用階段式焊線結構。當壁厚在1mm以內時，則可采用斜截面式的焊線結構，而如果焊接產品較小、精度及焊接質量又較高，則可采用V型槽式的焊線結構。

3 結語

綜上所述，在利用35kHz的超聲波塑料焊接技術進行機械結構研制時，必須要對焊線結構的密封性進行考慮，通過階梯式焊線結構來保證零件具備較薄的壁厚，同時，還可通過該結構的研制來降低模具注塑工藝的復雜性，進而有效解決溢料問題，使焊接過程中的工藝不穩定性大大降低，以使生產效率得到大幅提高。