35kHz超声波塑料焊接机械结构的研制

冯 雨

（佛山市顺德区金长兴电子科技有限公司，广东 佛山 528300）

在塑料产品制作工艺中，超声波焊接技术能够对塑料产品进行快速而高效地连接，在连接过程中不需要对塑料产品进行外部加热，也不用使用任何焊剂，而且焊接后的焊缝质量非常好，焊接强度也非常高。超声波焊接技术在应用过程中的成本低廉，而且具备很高的安全性，这也使其在塑料机械产品中是经常被应用到，在文具行业、化妆行业、玩具行业、电子行业中得到了广泛的应用。

1 超声波塑料焊接技术及其特性

1.1 超声波塑料焊接技术

超声波塑料焊接技术是通过超声波的振动原理使塑料产品得以熔接在一起。超声波在对塑料焊件进行焊接时，超声波中的分子和塑料产品接触面之间会发生摩擦，进而使塑料焊接表面焊接处中的温度迅速达到塑料的熔化点，此时两个塑料焊件的熔体便会流动到一起，当超声波中的分子停止振动时，塑料熔体会受到压力的作用而迅速固化并结晶，从而使焊接均匀。此时的焊接点强度是和原材料相接近的。要想使塑料机械焊件得以焊接在一起，应确保超声波的热量仅能在焊接区域中发生，应采用相应的能量导向结构来对超声波所产生的热量进行传递引导，而该能量导向结构又被称之为焊线结构。

1.2 超声波塑料焊接技术的特性

超声波塑料焊接技术仅适用于热塑性塑料，而对于其他材料则并不适合使用，之所以要选择热塑性塑料，其根本原因在于热塑性塑料在熔化后再固化时，其化学特性与物理特性都是保持不变的。按照特性对热塑性塑料进行划分可将其分成结晶性与非结晶性。其中，结晶性塑料的熔点明显，其在固化时内部分子会按照相应的规则进行排列，以形成晶区。

2 35kHz超声波塑料焊接机械结构的研制

2.1 35kHz超声波塑料焊接机械结构的研制要求

对于35kHz超声波塑料焊接机械结构来说，要想确保其结构研制合理，应满足以下5点要求，①应确保超声波中的能量能够被引导到焊接位置中，通常可将焊线结构做成尖角，并在尖角端部设置成倒角，倒角半径应控制在0.1mm以内，以形成能量导向，尖角角度可选择45、60、90及120度，而能量导向高度则需要根据焊件壁厚及材料进行调整，通常来讲，能量导向的高度不应小于材料壁厚的1/2，而且为了避免产生能量导向多余的问题，应确保其他机械结构中的倒角半径应在0.2mm以上；②在机械结构焊接时应确保焊头能够完全接触，焊头应与焊接位置尽量贴近，以使焊头能够对焊接位置进行全面覆盖；③焊接结构应具备支撑构件，以避免力在传递时发生流失，可采用工装来对机械结构进行支撑保护，支撑面至少应在焊线接缝的两倍以上，并使支撑面尽量与支撑面相靠近；④在焊接时应避免熔接物发生溢出，对于非结晶塑料来说，可不进行密封，焊拉位置的壁厚应控制在1mm，当密封区域不完整时，只需开启其内侧面密封，并对其中一个面进行密封即可，这样能够有效保障材料的外观质量，而且在焊接黏合力上也更有保证；⑤应对焊接位移及体积进行预留，以使熔体能够在焊接位置范围以内进行自由的流动以避免塑料焊件间隙发生阻塞。

2.2 常见的塑料机械焊线结构

常见的塑料机械焊线结构主要舌槽式、V型槽式、阶梯性以及斜截面式。对于壁厚超过1.5mm的机械焊接产品来说，以舌槽式的焊线结构最为适合，而对于壁厚在1 mm左右的机械焊接产品，则可采用阶段式焊线结构。当壁厚在1mm以内时，则可采用斜截面式的焊线结构，而如果焊接产品较小、精度及焊接质量又较高，则可采用V型槽式的焊线结构。

3 结语

综上所述，在利用35kHz的超声波塑料焊接技术进行机械结构研制时，必须要对焊线结构的密封性进行考虑，通过阶梯式焊线结构来保证零件具备较薄的壁厚，同时，还可通过该结构的研制来降低模具注塑工艺的复杂性，进而有效解决溢料问题，使焊接过程中的工艺不稳定性大大降低，以使生产效率得到大幅提高。