关于超声波结构的设计要点

关于超声波结构的设计要点

超音波应用原理：

利用超音波振动频率，接触摩擦产生热能使塑料熔融而结合，依目前较普遍的，即为每秒振动二万次﹙２０ＫＨＺ﹚与每秒振动１．５万次﹙１５ＫＨＺ﹚二种（另外尚有数种特殊振动频率）。

一般来说，在设计超声波结构之前，需考虑

1.选择什么塑料?

2.是否只需要结构性的熔接,如果需要的话，要求它能承受多少压力?

3.是否需要水气密?

4.是否有外观上的要求?

5.是否允许有任何溢胶/微粒的产生?

6.是否还有其它特殊要求?

那超声波结构设计中，最重要的就是熔接面的设计。

为了获得可接受的、稳定性高的熔接效果,必需遵循下述三项基本设计准则：

1.两熔接面的最初接触面积必须减小，以降低初期与最后的完全熔化所需要的总能量，使焊头与工件的接触时间降低至最少因而减低造成伤痕的机会，也因此减少溢胶；

2.提供一种能使二熔接面相互对位的方式，在搭配塑件的设计中可采用插针与插孔，阶梯或沟槽的方式，而不应采用固定在焊头或底模内的方式，这样可确保准确与稳定的对位并避免造成伤痕；

3.整个熔接面必须均匀一致与紧密接触，尽可能保持在同一平面，这样的形状能使能量均匀传导，有利于取得一致的与可控制的熔接效果，并且能减低溢胶产生的可能性；

熔接面有导熔线和剪切两种主要设计类形[color]

首先，先讲讲导熔线：

导熔线实际上是在二熔接面之一上形成一条三角形凸出材料，导熔线的基本作用是聚集能量并且迅速把要熔接的另一面熔解，导熔线能快速熔解并达到最高的熔接强度，原因是导熔线本身的材料熔解并且流到整个熔接区域，导熔线设计是非晶型材料所采用最广泛的熔接面设计，当然半晶材料亦可采用这种设计.

导熔线的尺寸和位置取决于以下因素:

1.材料;

2.熔接要求;

3.工件大小;

导熔线必须愈尖愈好,圆顶或扁平的导熔线将减低熔胶流动的效率,当熔接相对容易熔接的塑料(如高硬度和低熔解温度的PS),建议导熔线的高度不可低于0.25㎜,若熔接半晶型或高熔解温度之非晶型塑料(如PC),导熔线高度不可低于0.5㎜;对于采用导熔线设计的半晶型塑料(如PA),熔接强度是来自导熔线三角型的底线之宽度.顶角随壁厚而改变;原则上导熔线设置在哪一边的塑件的熔接面上是没有任何分别的.但在熔接两种不同材料的特殊情况下,一般上是将导熔线设置在熔解温度和硬度较高的那一边的工件的熔接面上;导熔线的设计要有

能相互对位的功能如插针与插孔,肋状对位片,沟槽设计,或需要良好的支撑.熔接区域不可放置顶针;

下面是几种比较典型的导熔线的结构设计：

阶梯熔接面一阶梯熔接面设计主要用于需要精确对位与完全不可接受过熔或溢胶出现在外露表面的高质量要求上；

设计注意(图1.)围绕整个工件接口之额外0.25至0.64㎜的空隙,这新增的“影线(美工线)”设计特性使熔接完毕后接口四周将出现0.25至0.64㎜之空隙.如此会产生美观的效应,因为工件与工件之间的变形不易被发觉.如果完全密合,很可能会在某些位置出现溢胶,在别的位置却出现微隙;美工线的设置使微小的变形不易被察觉.这款导熔线设计采用与平头加导熔线

设计一样的基本概念(就是:材料、熔接要求、工件大小).注意这款设计的壁厚要求最小尺寸为2㎜

沟槽式之熔接面设计—这种设计的主要优点是能从裹外二面防止溢胶,并且可提供对位功能.由于熔胶被封,因此提高达到水气密的机会.也由于沟槽的设计需要一定的公差配合,因此也增加成型的困难度.同时,由于熔接面积的减少,往往造成它的熔接强度比不上平头接面设计，这款导熔线设计采用与平头加导熔线设计一样的基本概念(就是:材料、熔接加工要求、工件大小).注意这款设计的壁厚要求最小尺吋为2㎜

咬花面设计--此设计是专为配合导熔线设计使用,熔接面有咬花形状可改善整体熔接质量和强度,原因在于粗糙面能增进摩擦与控制熔解(图3.).通常咬花深度0.076至0.152㎜,其变化视导熔线高度而定.往往得到的优点包括强度的增进、溢胶或微粒的减少、熔接时间的减短以及振幅的减低；

十字交叉熔接面设计—在塑件的二熔接面上都设计导熔线并且使它们互呈垂直交叉,使初接触面减至最低并使大量的塑料熔接以增加熔接强度(图4).这种导熔线的每一段尺寸可采取标准导熔线尺寸的60%左右.

若欲取得水气密的熔接效果,建议一方的导熔线设计采用如图5.所示之连续钩齿状.同时建议导熔线的顶角角度为600而非标准型的900,同时还建议把比钩齿状设计之导熔线设置在与焊头接触边的塑件上.应注意的是,此款设计将产生大量的溢胶,因此必须考虑溢胶的问题或采用有溢料槽设计的熔接面如沟槽式的熔接面设计

垂直于墙壁的导熔线设计—用于增加抗撕裂与减少溢胶(图6),这种设计仅适用于只需要结构性的熔接而已;

间断的导熔线设计—可减少熔接面积因此降低能量或所需的功率层级,这种设计只能用于非水气密的结构性熔接而已(图7);

凿子型导熔线—为壁厚不及1.524㎜之工件所采用(图10.)如果在此等薄壁厚之塑件上使用

标准导熔线,熔接强度将会减弱.尖刀处可采0.381至0.508㎜之高度并且采用450角.由于熔接强度取决于导熔线之宽度,当采用此款导熔线设计时必须配合使用咬花面；

凿子型导熔线—为壁厚不及1.524㎜之工件所采用(图8)如果在此等薄壁厚之塑件上使用标准导熔线,熔接强度将会减弱.尖刀处可采0.381至0.508㎜之高度并且采用450角.由于熔接强度取决于导熔线之宽度,当采用此款导熔线设计时必须配合使用咬花面；

特殊熔接面设计

—为了使较难熔接的塑料或外型不规则之塑件达到水气密熔接,可能需要使用弹性油封与旋绕道以阻隔熔胶之流动.图9.显示一种配合“O”型环的熔接面设计.有一要点应注意“O”型环在熔接完毕后只压缩10%至15%而已.柱状塑件与插孔(大头柱子熔接)亦可成功的配合“O”型环以达到水气密；

下面再来介绍一下剪切的设计注意点：

剪切式熔接面设计

—在熔接尼龙、乙缩醛、聚乙烯、聚丙烯和热塑性聚酯这类半晶型塑料时,采用导熔线设计有时是不能达到预期效果的.这是因为这类半晶型塑料在相对很狭窄的温度变化范围内迅速