基于不规则塑胶件的超音波熔接技术

郭聪 陈绍东

摘要：新产品发展的日新月异，好的外观设计产品能迅速占领市场，引领消费者需求，在这种情况下，不规则的产品也日益出现。目前对不规则塑胶件的超音波熔接尚无专门的的研究技术。本方案结合生产工作中遇到的问题，提出了实际方案，对解决不规则产品的熔接技术难题有重要的指导意义。

关键词：不规则；塑胶件；超音波；夹具；熔接

中图分类号：TH841 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（a）-0000-00

超音波焊接是熔接热塑性塑料制品的高科技技术，各种塑胶件均可使用超音波熔接处理，而不需加溶剂、粘接剂或其它辅助产品。超声焊接的原理是利用超声波频率造成高速振动， 使塑料与塑料的对接面因摩擦生热而融合；当超声波作用于热塑性塑料的接触面时， 每秒几万次的高频振动把超声能量传送到焊接区。由于两焊接件交界处声阻大， 因此会产生局部高温， 接触面迅速熔化， 在压力作用下融合为一体。当超声波停止作用后， 让压力持续作用几秒钟， 使其固化定型， 这样焊接强度可接近原材料的强度。? 超音波焊接的效果取决于许多因素，例如塑胶类型、产品形状（几何外形，壁厚等）、焊接的要求（即粘性、强度、密封等）。

超声焊接是一种新颖的塑料二次加工技术， 以其高效、优质、美观、节能等优势而发展起来。? 超音波焊接的产品给我们的生产生活带来了很大的方便，其广泛运用于汽车，电器，医疗，玩具等行业中，很多产品是超音波熔接的，如电视机的音响系统等。

新产品发展日新月异，好的外观设计产品能迅速占领市场，引领消费者需求，在这种情况下，不规则的产品也日益出现。对于一些不规则的塑胶件如何能获得最佳焊接结果呢？

笔者在实际工作中就碰到这样的情况，最终经过反复试验检讨后解决了这个问题。下面以笔者开发设计的一个产品（三星音频底座DA-E650）为例来说明。

1 不规则塑胶件焊线设计

本产品是只需要保证密封性好，对外观要求一般。故采用了普通的三角形焊面设计，产品壁厚3mm， 焊线高0.5mm。

在超音波焊接过程中，能量导向部分允许迅速焊接，同时达到最大的强度。通常，对于易焊接的树脂能量导向部分最小高度为0.25毫米。对于某些需要高能量的树脂，即结晶型、低刚度或高熔化温度的非晶型（如聚碳酸酯、聚砜）树脂，需要较大的能量定向部分，其最小高度为0.5毫米。

2 夹具装置

夹具装置的主要用途是固定零件，使之与焊接头对准，同时对组合件提供适当的支撑。对于这个产品，几何外形不规则且无对称性， 为了保证超音波能量向熔接界面的传递，笔者采用了分段夹具设计，即分二次来进行熔接。

简单的夹具可用木料、环氧树脂或熟石膏建造。对于更精密、更长寿命的夹具则要用铝、钢、黄铜、铸塑尿烷或其它的弹性材料。夹具设计范围广，从快速拆卸夹具到简单的金属板均有，应用的要求和生产率通常决定夹具的设计。一般需要从如下三方面来考虑夹具的设计：

1. 产品的要求：决定模具的使用寿命，磨损率，因而采用何种金属。

2. 产品的形状：采用何种熔接工艺，设定模具的大小，压力传达区，产品在熔合时可能产生的变形，需要多大功率和何种功能。是否可以一次熔接完成工作。

3. 产品的塑料性质：决定模具的振幅和应接受超声能量，导能线的形式，位置，大小。在不同的塑料组合时，应该怎样设计触位？

根据这个产品外形尺寸和具体要求，笔者采用了铝镁合金制作超音波模具，该材料具有极高的机械屈服强度，硬度高，热传导性强，是理想的超音波模具制造材料；采用铝镁合金材料结构，保证了夹具装置可提供必要的刚度。同时在内部承托装置采用熟石膏设计，具有一定程度的弹性。

3 超声波机器选择

产品的形状和材料等决定了所需要的超音波熔接机功率大小和特质。根据设计和生产经验，在实际试验中，首先使用了 2.6KW，15KHZ的超音波机器进行生产，但是产品出现了BOSS柱断裂的现象，不良率高达80% 另外还有个别熔接不完整，产品密封不好的情况。 对于这种不良现象的出现，笔者和产品作业人员显然没有意识到。 在仔细分析产品结构后，更换了大的超声波设备，采用4.2KW， 15KHZ的机器，解决了密封不好的，但是产品损伤BOSS柱断裂的现象还时有发生，不良率有时5%，有时达20%，生产极不稳定。

最后对夹具进行了分析和修理，在夹具和产品棱角的接触处采用了R角过渡设计，保证振动空间，避免熔接时对BOSS柱的过盈接触，同时又保证了在连接区产生异相状态，使产品完整熔接。经过本次的改善，产品量产顺利进行。

4 结论

1，对于不规则产品设计，夹具本身要有一定弹性。

2，在超音波机器功率的选则上，对于不规则产品，要选择平时经验大一号的机器。和频率要选择正确，这个需要在实际生产中多试验，

3，纸上的设计思想需要经过实际生产检验，在这个产品的熔接上，出现的BOSS柱断裂现象值得大家警示。

4，内部夹具设计时需要对接触棱角处的R角要大一些，保证振动空间。

参考文献：

[1] 李小明， 李彦生， 韩景芸等. 基于超声波焊接技术的快速成型方法研究， 《机床与液压》， 2007，35（03）：（第4-6页）

[2] 陈国，夏毅然，孔令斌等. 塑料焊接技术及其在医用制品中的应用. 《工程塑料应用》，2003.，31（09）：（第36-38页）

作者简介：

郭聪，（1980- ），男，山西保德人，大学本科，惠州三星电子有限公司数码研究所，主任工程师，主要负责三星家庭影院等消费类电子产品的研究开发工作。 邮编： 516029

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

陈绍东，（1978- ），男，重庆人，大学本科，惠州三星电子有限公司数码研究所，技术总监，主要负责三星家庭影院等消费类电子产品的研究开发工作。 邮编： 516029

第一作者联系地址：

广东省惠州市仲恺六路256号三星电子有限公司数码所 郭聪（收）， 邮编： 516029

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