CN102101359B - 超音波滚压熔接工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超音波滚压熔接工艺，将振筒及其内部的超音波发振器和换能器由常规的竖直方向放置改为水平方向放置，在振筒两端设有用于定位振筒的支撑板，振筒两端用轴承可转动连接于支撑板，振筒外部径向对称设有两个碳刷，设有一个用于带动振筒绕自身轴向旋转的电机，碳刷使得持续转动的超音波发振器能够获得电能，避免出现跳动时超音波不能持续做功，实现了超音波连续不断的长时间做功产生高温；由于熔接模头持续旋转，使得熔接模头在与20kHz超音波发生共振时，熔接模头产生的振动除原水平直线方向外还有竖直平面内的振动，实现了将超音波的动能转换为水平横向动能和竖直平面内的各向动能，能够满足工件横向和竖直平面内各周边的熔接。
Description
技术领域
本发明涉及一种将两物件相连接的工艺，具体地说是涉及一种超音波熔接工艺的改进。
背景技术
我们日常生活中所遇到的波可以分为三种，即次声波、声波、超声波。次声波的频率为20Hz以下；声波的频率为20Hz～20kHz；超声波的频率则为20kHz以上。其中的次声波和超声波一般人耳是听不到的。超声波由于频率高、波长短，因而传播的方向性好、穿透能力强，所以被广泛运用在医疗、机械、电子等各个领域。超声波是一种纵波，即传媒质点的振动方向与波的传播方向一致。在纵波传播过程中，传媒质点运动造成质点分布不匀，出现疏密不同的区域，在质点分布稀疏区域声波形成负声压，在分布致密区域声波形成正声压，并形成负声压、正声压的交替连续变化，这种变化不仅使传媒质点获得一定动能而且获得一定加速度。但是这种纵波所产生的能量都是纵向的，一旦需要把能量转向或向其他方向传播，能量就被扩散而大量损耗，起不到相应的作用。
应用超声波可以对热塑性工件进行焊接。当超声波作用于热塑性的塑料接触面时，会产生每秒几万次的高频振动，这种达到一定振幅的高频振动，通过焊头把超声能量传送到焊区，由于焊区即两个焊件的交界面处声阻大，焊件表面及内在分子件的摩擦会产生局部高温，又由于塑料导热性差，一时还不能及时散发，聚集在焊区，致使两个塑料焊件的接触面迅速熔化，加上一定压力后，使其融合成一体。当超声波停止作用后，让压力持续几秒钟，使其凝固成型，这样就形成一个坚固的分子链，达到焊接的目的，焊接强度能接近于原材料强度。
超音波熔接机就是基于上述原理对工件进行熔接的：由超音波发振器产生20KHZ(或15KHZ)的高压高频信号，通过换能器的振动子把高压高频信号转换为高频机械振动，机械振动经由换能器的传动子和焊头传至工件上，通过工件表面及内在分子间的摩擦而使接口的温度升高，当温度达到工件本身熔点时，使工件接口迅速熔化，继而填充于接口间的空隙，当振动停止，工件同时在一定的压力下冷却定形，便达成完美的焊接。超音波发振器、换能器及其传动子装在振筒内，换能器于振动筒外接焊头。
超音波熔接机在进行超音波熔接时，只能在产品熔合方向与超音波发振方向一致时，才能传递高频振动，产生瞬时高温将产品熔接，而其他区域则无法达到预期的熔接效果，且在低温状态下(零下20度)极易发生开裂、漏气等不良现象。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种超音波滚压熔接工艺，该工艺能够将单一方向的超音波改为能同时向其他方向传播能量的波，并能持续不断的长时间做功产生用于熔接的高温，达到良好的熔接效果，且熔接的产品外观尺寸一致、在低温状态下同样能满足水密和气密性能要求。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超音波滚压熔接工艺，将振筒及其内部的超音波发振器和换能器由常规的竖直方向放置改为水平方向放置，在振筒两端设有用于定位振筒的支撑板，振筒两端用轴承可转动连接于支撑板，振筒外部径向对称设有两个碳刷，碳刷与超音波发振器连接，换能器将超音波的频率控制在20kHz，换能器连接有能与20kHz超音波产生共振的熔接模头，熔接模头位于振筒外部，设有一个用于带动振筒绕自身轴向旋转的电机，在进行工件的熔接时，电机带动振筒及熔接模头持续旋转，转速为30～120圈/分，碳刷使处于持续旋转的状态下的超音波发振器获得电能，换能器将电能转化为频率为20kHz且水平直线发射的超音波，换能器将水平直线发射的超音波传递至熔接模头，持续转动的熔接模头与超音波发生共振产生水平直线向的振动和竖直平面内的各向振动，熔接模头将自身因振动产生的横向直线动能及竖直平面动能同时传递至两工件接合处进行熔接。
由于将振筒及其内部的超音波发振器和换能器由常规的竖直方向放置改为水平方向放置，使得产生的超音波由常规的纵向发射的纵波改为现在的横向发射的纵波；电机为小功能率低转速电机，电机使得振筒、振筒内部的超音波发振器和换能器、振筒外的熔接模头持续旋转；振筒与支撑板间用轴承连接，可以保证振筒流畅地转动；碳刷使得持续转动的超音波发振器能够持续获得电能，避免出现跳动时超音波不能持续做功，实现了超音波连续不断的长时间做功产生高温；由于随着超音波频率的提升，其穿透力反而下降，因此通过换能器将超音波的频率控制在最低的超音波频率——20kHz；由于熔接模头持续旋转，使得熔接模头在与20kHz超音波发生共振时，熔接模头产生的振动除原水平直线方向外还有竖直平面内的振动，实现了将超音波的动能转换为水平横向动能和竖直平面内的各向动能，能够满足工件横向和竖直平面内各周边的熔接。
该超音波滚压熔接工艺的技术参数如下：
工作电压：220V；
静态电流：0.6A；
工作电流：4～6A；
发振器转速：30～120圈/分；
超音波频率：20KHz；
气压值：3～4Kgf；
熔接温度：200～300℃；
所述电机和振筒间通过皮带轮传动。
本发明的有益效果是：碳刷使得持续转动的超音波发振器能够获得电能，避免出现跳动时超音波不能持续做功，实现了超音波连续不断的长时间做功产生高温；由于熔接模头持续旋转，使得熔接模头在与20kHz超音波发生共振时，熔接模头产生的振动除原水平直线方向外还有竖直平面内的振动，实现了将超音波的动能转换为水平横向动能和竖直平面内的各向动能，能够满足工件横向和竖直平面内各周边的熔接。综上所述，本发明工艺能够将单一方向的超音波动能改为能同时向其他方向传播的动能，并能持续不断的长时间做功产生用于熔接的高温，达到良好的熔接效果，且熔接的产品外观尺寸一致、在低温状态下同样能满足水密和气密性能要求。
附图说明
图1为本发明原理示意图；
图2为图1的另一面视图。
具体实施方式
实施例：一种超音波滚压熔接工艺，将振筒1及其内部的超音波发振器和换能器由常规的竖直方向放置改为水平方向放置，在振筒两端设有用于定位振筒的支撑板2，振筒两端用轴承3可转动连接于支撑板，振筒外部径向对称设有两个碳刷4，碳刷与超音波发振器连接，换能器将超音波的频率控制在20kHz，换能器连接有能与20kHz超音波产生共振的熔接模头5，熔接模头位于振筒外部，设有一个用于带动振筒绕自身轴向旋转的电机6，在进行工件的熔接时，电机带动振筒及熔接模头持续旋转，转速为30～120圈/分，碳刷使处于持续旋转的状态下的超音波发振器获得电能，换能器将电能转化为频率为20kHz且水平直线发射的超音波，换能器将水平直线发射的超音波传递至熔接模头，持续转动的熔接模头与超音波发生共振产生水平直线向的振动和竖直平面内的各向振动，熔接模头将自身因振动产生的横向直线动能及竖直平面动能同时传递至两工件接合处进行熔接。
由于将振筒及其内部的超音波发振器和换能器由常规的竖直方向放置改为水平方向放置，使得产生的超音波由常规的纵向发射的纵波改为现在的横向发射的纵波；电机为小功能率低转速电机，电机使得振筒、振筒内部的超音波发振器和换能器、振筒外的熔接模头持续旋转；振筒与支撑板间用轴承连接，可以保证振筒流畅地转动；碳刷使得持续转动的超音波发振器能够持续获得电能，避免出现跳动时超音波不能持续做功，实现了超音波连续不断的长时间做功产生高温；由于随着超音波频率的提升，其穿透力反而下降，因此通过换能器将超音波的频率控制在最低的超音波频率——20kHz；由于熔接模头持续旋转，使得熔接模头在与20kHz超音波发生共振时，熔接模头产生的振动除原水平直线方向外还有竖直平面内的振动，实现了将超音波的动能转换为水平横向动能和竖直平面内的各向动能，能够满足工件横向和竖直平面内各周边的熔接。
该超音波滚压熔接工艺的技术参数如下：
工作电压：220V；
静态电流：0.6A；
工作电流：4～6A；
发振器转速：30～120圈/分；
超音波频率：20KHz；
气压值：3～4Kgf；
熔接温度：200～300℃；
所述电机和振筒间通过皮带轮7传动。
将丙纶材质的经向编织面料与ABS材料的产品做超音波熔接，熔接区域为复杂的几何空间曲面，采用上述的工艺可以达成较理想的效果。
经测试，本发明工艺具有下述优点：
1.良好的熔接效果：在各种塑胶材料之间进行熔接的效果很理想，且软材料和硬材料熔接的拉伸强度能保持在80N以上，如运用在尼龙布和PC材料之间的熔接等；
2.良好的持续性：能长期稳定的提供振动能量，保证能进行产品的批量生产(每天12小时)，产品的拉伸强度变异≤5％。
Claims (1)
1.一种超音波滚压熔接工艺，其特征在于：将振筒(1)及其内部的超音波发振器和换能器由常规的竖直方向放置改为水平方向放置，在振筒两端设有用于定位振筒的支撑板(2)，振筒两端用轴承(3)可转动连接于支撑板，振筒外部径向对称设有两个碳刷(4)，碳刷与超音波发振器连接，换能器将超音波的频率控制在20kHz，换能器连接有能与20kHz超音波产生共振的熔接模头(5)，熔接模头位于振筒外部，设有一个用于带动振筒绕自身轴向旋转的电机(6)，在进行工件的熔接时，电机带动振筒及熔接模头持续旋转，转速为30～120圈/分，碳刷使处于持续旋转的状态下的超音波发振器获得电能，换能器将电能转化为频率为20kHz且水平直线发射的超音波，换能器将水平直线发射的超音波传递至熔接模头，持续转动的熔接模头与超音波发生共振产生水平直线向的振动和竖直平面内的各向振动，熔接模头将自身因振动产生的横向直线动能及竖直平面动能同时传递至两工件接合处进行熔接，该超音波滚压熔接工艺的技术参数如下：
工作电压：220V；
静态电流：0.6A；
工作电流：4～6A；
发振器转速：30～120圈/分；
超音波频率：20KHz；
气压值：3～4Kgf；
熔接温度：200～300℃；
所述电机和振筒间通过皮带轮(7)传动。
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4975133A (en) * | 1981-11-28 | 1990-12-04 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh | Apparatus for welding components together with the use of ultrasound |
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2009
- 2009-12-18 CN CN200910264975.4A patent/CN102101359B/zh active Active
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