面向制造和裝配的設(shè)計(jì)指南

1、343超聲波焊接超聲波焊接時(shí)利用超聲波振動(dòng)頻率，接觸摩擦產(chǎn)生熱能而使兩個(gè)塑膠件焊接面熔融而固定。超 聲波焊接是一種快捷、干凈、有效的裝配工藝，用于滿足塑膠件塑膠件高強(qiáng)度裝配的一種裝配技術(shù) ，適用于多種類型的塑膠件裝配。正常情況下，超聲波焊接具有較高的拉伸強(qiáng)度。1. 導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)正確的導(dǎo)熔線是提高超聲波焊接強(qiáng)度和質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期的關(guān)鍵。導(dǎo)熔線是塑膠件接觸面上 的一條凸出材料，其基本作用是將振動(dòng)能量聚集在三角形的尖端，其后累積的能量在整個(gè)焊接面形 成均勻的塑膠榕流。正確的導(dǎo)熔線必須具備的條件是最初的接觸面積不可太大，典型的導(dǎo)熔線尺寸 如圖3-68所示。（單位：毫米）無定型塑膠半結(jié)晶塑膠尺寸小零件大

2、零件小零件大零件H0.3 0.40.5 0.60.5 0.70.7 1.0e60o90o900錯(cuò)誤的導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)以及無導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)均不利于兩個(gè)塑膠件之 間的超聲波焊接，如圖3-69所示。2. 焊接面設(shè)計(jì) 常用的焊接面包括平面式焊接面、階梯式焊接面和溝槽式焊 接面（1）平面式焊接面 這種焊接方式屬于普通的兩平面焊接，在焊接平面上設(shè)計(jì)一圖3-68典型導(dǎo)熔線的尺寸 推薦條貫穿整個(gè)平面的錐形體，如圖3-70所示。這種焊接面設(shè)計(jì)的缺 點(diǎn)是焊接完成后接觸后有毛邊產(chǎn)生。（2）階梯式焊接面 這種結(jié)構(gòu)由于熔融材料易于流入垂直間隙，因此其拉伸強(qiáng)度高于平面焊接，而且具有很高的剪切強(qiáng)度，如圖 3-71所示。相當(dāng) 于平面焊

3、接面，由于焊接面積減小，溝槽式焊接面的溶解強(qiáng)度比平面式焊接面低。階梯面焊接面設(shè) 計(jì)設(shè)計(jì)的最小壁厚要求為2mmPl圖3-70平面式焊接a ）焊接前b ）焊接后圖3-69錯(cuò)誤的導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)a ）錯(cuò)誤的導(dǎo)熔線設(shè)計(jì) b ）無導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)（3）溝槽式焊接面這種焊接采用間距式移位焊接，設(shè)計(jì)時(shí)凹凸面保 持一定的間隙和斜度，適用于要求完全密封的焊接。同 時(shí)，溝槽式焊接面提供自定位功能，而且防止毛邊產(chǎn)生 ，如圖3-72所示。溝槽式焊接面設(shè)計(jì)的最小壁厚要求是 2mm圖3-72溝槽式焊接 a ）焊接前b ）焊接后圖3-71階梯式焊接 a ）焊接前b ）焊接后3. 超聲波焊接設(shè)計(jì)指南設(shè)計(jì)超聲波焊接時(shí)，需要考慮以下原則：（

4、1）正確的導(dǎo)熔線設(shè)計(jì)導(dǎo)熔線的設(shè)計(jì)必須保證接觸面的初始接觸區(qū)域 較小，以降低超聲波焊接過程所需的總能量，增加 焊接強(qiáng)度，同時(shí)減少焊頭與塑膠件的接觸時(shí)間，以 減少焊接面毛邊的產(chǎn)生。（2）設(shè)計(jì)定位特征在兩個(gè)塑膠件焊接面開始接觸之前，在零件之間設(shè)計(jì)定位特征能保證兩個(gè)塑膠件準(zhǔn)確定位。這 有利于超聲波焊接的質(zhì)量和提高焊接的尺寸精度。定位特征包括定位柱、孑L、凸臺(tái)和邊等，如圖 3-73所示，當(dāng)然，也可以設(shè)計(jì)輔助夾具來增加定位，作者不推薦這種方法，因?yàn)閺拿嫦蛑圃旌脱b 配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論來看，輔助夾具會(huì)帶來產(chǎn)品成本的增加，不是一個(gè)好的方法。圖3-73超聲波焊接的定位a）沒有定位的超聲波焊接 b ）使用定位柱定位的

5、超聲波焊接c）使用凸臺(tái)定位的超聲波超聲波焊接（3）焊接面均勻一致并緊密接觸塑膠件的兩個(gè)焊接面必須均勻一致并且緊密接觸，盡可能保持在同一平面，從而使得能量均勻 傳導(dǎo)，有利于取得一致的焊接效果，并減少毛邊產(chǎn)生的可能性。（4）美工溝的設(shè)計(jì)在塑膠件焊接面的四周額外增加0.250.64mm勺間隙，可以避免焊接時(shí)產(chǎn)生的毛邊外露于塑 膠件外表面，同時(shí)可以使得塑膠件之間的變形不易被發(fā)現(xiàn)，從而提高塑膠件的外觀質(zhì)量。具有美工溝的階梯式焊接如圖3-74所示。（5）增加塑膠件焊接面與焊接頭的接觸面積增加塑膠件焊接面與焊接頭的接觸面積有利于能量的傳導(dǎo)，增加焊接強(qiáng)度，如圖3-75所示。圖3-75增加塑膠件焊接面與焊接頭的

6、接觸面積 a ）原始的設(shè)計(jì)b ）改進(jìn)的設(shè)計(jì)圖3-74具有美工溝的階梯式焊接 a ）焊接前 b ）焊接后（6）把近程焊接作為第一選擇近程焊接時(shí)指焊接面距離焊接頭接觸位置在 6m內(nèi)，遠(yuǎn)程焊接是指焊接面距離焊接頭接觸面 置大于6mm在設(shè)計(jì)塑膠件超聲波的焊接時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮到是否有足夠的能量傳達(dá)到焊接面。大多數(shù) 的塑膠材料的近程焊接性能均強(qiáng)于遠(yuǎn)程焊接性能，因此，因盡可能把近程焊接作為第一選擇，遠(yuǎn)程 焊接作為第二選擇，如圖3-76所示。圖3-76把近程焊接作為第一選擇a）近程焊接b ）遠(yuǎn)程焊接固定。超 配的一種裝配技術(shù) 是塑膠件接觸面上 量在整個(gè)焊接面形 典型的導(dǎo)熔線尺寸兩個(gè)塑膠件之 面和溝槽式焊 平面上設(shè)計(jì)一接面設(shè)計(jì)的缺 此其拉伸強(qiáng)度71所示。相當(dāng)。階梯