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超声波塑料焊接所需的振幅

“振幅”到底是什么,为什么它很重要?

振幅是超声波堆栈膨胀或收缩的峰峰值运动。每个部件都可以让来自换能器的振幅成倍增加,增加或减少的数量被称为 "增益"。堆叠组件的总增益决定了超声波工具头工作面的最终振幅,即零件接触的地方。超声工具的堆栈包括换能器、变幅杆和工具头。

有些应用不需要变幅杆,工具头直接连接到换能器上,这些通常是多焊头应用,用于汽车和包装行业。 有些客户为了省钱,没有为他们的特殊应用购买正确的变幅杆。确保超声波设备产生足够的振幅是成功焊接零件的最重要因素之一。

在超声波焊接系统中可能有一两个可以调整的参数,比如调整压力,但这并不能保证焊接区域的材料可以进行很好的熔合。如果零件焊接不当,它们可能无法通过质检,甚至可能在焊接中破裂。振幅不足通常不仅表现为焊接不牢固,还表现为焊接不完整,即界面周围的熔体没有完全出现。如果焊接时间少于 0.1 秒,而工艺似乎产生了不稳定的结果,则可能是振幅太高,需要减少振幅。

参数表

下表显示了基本材料的一些振幅要求,使用该示例作为不同树脂以及需要的振幅指南。一般来说,半结晶材料比无定形塑料需要更大的振幅。

非晶树脂 微米 半结晶树脂 微米
ABS(Cycolac) 30~70 缩醛(Delrin、Celcon) 75~125
ABS/聚碳酸酯(Cycoloy, Pulse) 50~125 液晶聚合物(Xydar) 60~125
氧化苯醚(Noryl) 50~90 聚酰胺(尼龙,Zytel) 60~125
聚碳酸酯(Lexan) 50~100 聚酯 PBT(Celanex、Valox) 60~125
聚碳酸酯/聚酯 50~100 聚酯 PET(Rynite) 60~125
聚醚酰亚胺(Ultem) 60~125 聚醚醚酮 (PEEK) 60~125
聚甲基丙烯酸甲酯(亚克力、有机玻璃) 40~70 聚乙烯聚乙烯 70~125
聚苯乙烯 60~65 聚甲基戊烯(TPX) 70~125
聚砜(UDEL) 65~100 聚苯醚/氧化物(Prevex) 60~125
聚氯乙烯(硬质PVC) 40~75 聚苯硫醚 PPS (Ryton) 80~125
SAN/NAS 30~65 聚丙烯 70~125
苯乙烯嵌段共聚物(K-树脂) 40~90
20KHz 焊接热塑性塑料振幅参考

计算方式

堆栈为 20KHz 时:

  • 换能器振幅 * 变幅杆增益 * 工具头增益 = 堆栈振幅
  • 堆栈振幅 > 树脂焊接振幅要求

堆栈由换能器、变幅杆和工具头组成,从已知内容开始:

  • 换能器振幅 0.0008 英寸(20 微米)
  • 树脂振幅要求(即聚碳酸酯)0.004 英寸(100 微米)
  • 工具头增益系数(0.5 直径指数)4:1

插入数字进行计算:

  • 0.0008 * 变幅杆增益 * 4 = 0.004
  • 0.0032 * 变幅杆增益 = 0.004
  • 变幅杆增益 = 0.004 / 0.0032
  • 变幅杆增益 = 1.25:1

40khz

需要注意:要确定 40khz 应用的振幅,请将 20khz 振幅除以2,然后再加20%;

在20KHz 焊接尼龙的振幅为60-125 微米;在40khz =60-125/2+20% =20-63*1.2 =36-76微米

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