如何研究设计精密超声波焊接机
来源:未知  发布时间:2015-06-08 23:22  点击:

  
超声波焊接机
  是个非常复杂的过程,它与数值计算、力学、传热学、超声学、材料学、电学等领域密切相关。具体地说,为了保证超声波焊接机的强度和质量,需要从焊接相容性、焊件设计、焊件的材料性质、焊件熔融时的力学行为、热学行为、焊接参数的优化等方面去加以研究。

(1)  聚合物焊接时的相容性。不同种类的聚合物在焊接熔融过程中,若具有相容性(理解为可相互互融渗透),才可能焊接成功。熔融时的粘度将会影响材料的润湿和扩散的动力学行为。像玻璃纤维,矿物质粉,或脱模剂,也可极大地影响材料的可焊性。

(2)  焊接设计,包括焊点及焊件设计。必须要保证焊件可以在焊接设备上精确固定。两个焊件的焊接区域大小和形状必须相同。焊件焊接前,要人为地在上焊件的熔焊面上设计一些能量导引体,能量导引体可以为三角形,也可以制造成矩形形状,用来降低熔焊面所需的超声能量,减少焊接时间。焊点设计的同时,要设计好溢料井。在可能的情况下,尽量采用近场焊接。如不可能设计为近场焊接,对构型复杂的焊件,可借助于数值计算方法,优化焊件的尺寸,确保焊接面上的振幅能达到最大。避免焊件共振在焊接频率上,以防止可能会对焊件造成的破坏。

(3)  研究焊接过程中焊件的温度分布,测定熔融层厚度。可以利用温度分布函数来估算受热区的尺寸及可能产生的相态类型,通过温度分布函数可估算部件的热膨胀以及最终形变量,也可以估算焊接件的热应力和残余应力水平,这对于焊件长期性能的稳定性是非常重要的。然而,由于焊件的黏弹性和测定残余应力的复杂性,确定焊接后的残余应力不是件容易的事情。

(4)  熔融层面积的扩展行为及规律。高温下的熔融热塑性塑料为典型的黏弹性材料行为,其接触面积会随着施加的压力的增大、时间的延长和温度的升高而增大,为简化起见可认为聚合物熔体为牛顿流体(认为恒定压力下其粘度保持不变),其流动行为可认为符合幂律流体方程。但实际焊接过程中因焊件几何形状的不规则和熔体温度的变化、不一致等会使得问题变得更加复杂。

(5)  研究无定形聚合物和半晶性聚合物流动性的不同,用于估计时间、温度、压力对两被焊部件之间达到紧密接触所需粘度的影响。焊接过程中,若能减小粘度,压缩流动就会尽快发生。半晶性材料在高于熔融温度下的流动性较好。无定形聚合物的流动性往往依赖于加热温度高于其玻璃化温度的程度。可通过增加复合材料表面树脂含量和在表面加聚合物膜的方法来降低表面粘度。

(6)  为得到焊件完全弥合(complete  healing)的时间与分子量、温度及压力的关系,要研究在界面处分子之间的扩散和缠结。熔融层或软化层界面层间能够发生流动和紧密接触,会有分子间的扩散和链缠结现象出现,可用所谓的“蛇形理论”来说明。

(7)  各焊接参数的优化。近场和远场焊接中的超声能量、功率、振幅、焊接压力、焊接时间、保持时间、保持压力等参数,都会对最终焊件的焊接强度产生影响,其中尤以振幅、焊接时间、焊接压力影响最大。为更好地控制焊接过程,也有从力学角度,提出利用集中参数的 Voigt-Kelvin (质量、弹簧、阻尼相并联)模型,从动态阻抗的角度,研究超声波焊接机。 

XML 地图 | Sitemap 地图