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超声波塑料焊接的问题及解决办法


整机特点

超音波模治具架设不准确、受力不平均

解析:

   在一般认为超声波作业时,产品与模具表面只要接触准确就可以得到应该的熔接效果,其实这只是表面的看法,超声波既然是摩擦振,就会产生音波传导的现象,我们如果单只观察硬件(模治具)的稳合程度,而忽略了整合型态的超音波作业方式,必定会产生舍本逐末或误 判的后果,所以在此必须先强调超音波熔接的作业方式是传导音波,使成振动摩擦转为热能而熔接。 这时候超音波模治具的稳合程度、产品截面的高低、肉厚、深浅、材质的组织,必定无法是百分之百承受相同的压力。另一方面上模(Horn)输出的能量,每一点都有其误差值,并非整个面发 出的能量都相同。就这整体而言,势必产生产品熔接线熔接程度 的差异。所以也就必须作修正,如何修正,那就是靠超音波熔接 机本身的水平螺丝,或是贴较薄的胶带或铝箔来克服了。

 

超音波熔接条件配合不当

解析:

   超音波作业的条件是指机台的输出功率(段数)、压力(动态压 力与静态压力)熔接时间、硬化时间、延迟时间等诸元的设定。 我们依超音波导熔线为例来说明。在我们实施超音波熔接时,如 果压力太大,气缸下降缓冲太快,易把超音波导熔线压平,虽然 看似产品已经密合,但因导熔线,已经受挤压而下陷,失去了导 熔效果,形成塑料面与面的强迫熔接,而非三角形点的导引熔接,所以产生假象的熔接。

 

塑料产品材质配合不当。

解析:

   每一种塑料材质的熔点,各有不同,例如ABS塑料材质的熔点约115℃,耐隆约175℃、PC之145℃以上、PE约85℃为例:ABS与PE二种材质的熔点差距太大,超音波熔接势必困难。而ABS与PC二种材质,亦有差距,但已非前项差距如此之大,是以尚可熔接,但在超音波功率相同,能量扩大相同的情况下,相异的塑料材质,绝无法比相同材质的熔接效果好。

 

超音波机台输出能量不足。

解析:

   客户在购买超音波熔接机时,通常较难预料未来产品发展的规格,所以会遇到较大产品对象超出超音波标准熔接的情形。此时在不增加成本的预算下,只得以现有设备来作业生产。碰到此种用 小机台作大对象的情形,通常采取的方式有分好几次熔接、增加 超音波输出功率(增加段)或增加熔接时间、压力等。然而这也 产生了质量不稳定的现象,因为电压与气压直接影响到超音波输出功率的稳定性。也就是说上班或尖峰时间,使用超音波作业的产品质量,与大家都下班后的质量稳定是不相同的。然而大家都下了班再使用超音波,那就不是工作效率了。所以这时采取的对策就是气压源采取独立方式;要求在 0.02m/m 以下之产品在超音波机台加装稳压设备;调整出力段数、增加功率,但一般状况超音波作业时功率输出最好能掌握在 2~4 段之间,如一定要在 5~6 段作业,则生产作业时间必须尽量缩短,以避免零件、振动子的损耗。增加能量扩大器(Horn上模)的扩大。但扩大程 度如果超出4:1,将对Horn本身、音波、电流有极大的影响

 

焊接产品质量不稳定

解析:

    质量无法稳定最主要因素是输出功率不能稳定,以导致无法形成稳定的摩擦热能。而如何让功率输出稳定?此乃决定于

<1>机台输出功率;〈2〉HORN 扩大比;〈3〉气压源;〈4〉电压源等 四项。 

1、机台输出功率 +HORN扩大比率=实际可用功率。由此可知在一定产品实施超音波熔接时,于规划与设计的观点而言, 机台输出功率愈强,相对 HORN的扩大比所设计的也愈小。    
反之机台输出功率愈小, HORN设计的扩大比也愈大。例如 : 2200W的超音波熔接机,HORN的
  扩大比是 2.5 倍。换成 3200W超音波熔接机时,HORN的扩大比可能只要1.5倍即可。然而并非强调超音波熔接机输出的功率要大,而是要对一项塑料产品实施超音波熔接时,给予最适合 的环境作业,其间尚需考虑成本的预算,产品的功能需求,熔接标准等考虑再来规划出完整的工作设备与超音波使用技巧。

2、在了解上述各种影响超音波熔接质量的关键性原因后,工程师在设计时,首当熟悉并评估1. 产品质量要求功能标准;2.现有超音波设备;3. 决定产品设计的形态、 技巧如超音波导熔线、产品定位、材质)。因为既然可用设备资源已经固定,那就必须用产品设 计的技巧来配合现有可用的设备才是正确的。

3、4、在我们确定人为因素(1 ~ 2项)都无问题时, 会发生质量不稳定现象,那肯定一个事实:即气压与电压产生的影响。在我们多年来处理质量不 能稳定现象时,也同时发现,在工作时间内无法达到   的质量标准,却在大家都下班,停止电压、 气压多数同时使用时,意外的达到质量要求标准。因此也   发现多人或多单位使用共同的气压与电压源时,由于空气压缩机通常我们会设定空气储存筒里面的气压低于2 ~ 4kg的情况时再自动打气充填这是一项形成的误差原因。而气压源经过管路到达熔接机时,由于熔接速度快,第一次超音波熔接的气压与第二次或第三次存留于管路的气压亦形成误差,如此将形成周期性或非周期性的 质量异动。而电压也由于电力公司输出同时供数百万人都有机会同时使用,此时产生的电压 降也不是我们所能控制,如此气压与电压的变量,确确实实的造成能量输出的变化,而影响精密质量的重要因素。当然必须列为诊断项目。   

对策:

  欲需求较高之质量,如产品对需求 0.02m/m 以下,或熔接线熔合状况需在90%以上,设计工程师依其规划顺序,则必须 1. 熟悉超音波熔接设备;2. 决定产品功能;3.熟悉超音波与塑料熔接对应关系;4. 尽可能增添稳压设备。

[来源:原创] [作者:国创电气] [日期:08-10-12]
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