塑料焊接技术

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 超音波熔接的用途极广,在电子组装业界也有很多用途,举凡笔记型电脑的电池组外壳密封熔接,传统桌上电话的听筒塑胶机壳熔接,小型印表机的撕纸刀片焊接于塑胶件上…等,另外焊接埋植螺丝于塑胶件上算是最常见到的应用,也可能是问题最多的应用。
基本上超音波焊接/熔接属于一种不可逆的工法,也就是完成后就不能再恢复,换句话说「没有重工的机会」,所以采用这种工法加工的时候就要特别注意其品质的管控,也要事先了解如何正确的操作超音波焊接机,否则做坏了就只有报废一途。
所谓「工欲善其事,必先利其器」,这里我们就来了解一下如何正确的操作超音波机器,并了解的其参数的意义与设定和注意事项。
超音波在熔接时,都是借着horn(喇叭焊头)直接接触于欲熔接的物件,然后将超音波传导到物件并转换成热能融化物件,这时候一定要给予一定的压力,受压力最大的地方就会因为热能而开始融化,所以一般的塑胶件上都会设计一些三角形的小肋条或锥形的小凸点来承受超音波的能量,因为相同的压力加诸在越小的面积上,其所承受的能量就越大,也就越容易融化以达到熔接的目的。
当两工件互相熔接之后,一定要先关掉超音波的能量,让喇叭焊头不动停留一段时间,直到融化的塑胶冷却重新固化为止才能把焊头移开,这就是固化时间(holding time);要是塑胶还没固化就移开horn,就容易发生物件移位或松脱的缺点。
以超音波熔接「埋植螺丝」为例,超音波的能量起始时间最好抓在喇叭焊头刚接触埋植螺丝的瞬间,因为超音波如果在焊头接触埋植螺丝以前开启,就容易因为焊头振动的关系而偏移埋植螺丝,如果太晚开的话又会因为能量没有启动而造成冷压埋植螺丝,可能导致塑胶孔开裂的问题。 喇叭焊头下压时,会一边振动熔化塑胶、并一边压入埋植螺丝,当下压到固定位置后,要先关掉超音波的能量,让喇叭焊头不动停留一段时间,直到塑胶重新固化为止再把焊头移开。

超音波焊接机 (Ultrasonic welding machine)的参数说明
能量档位(energy level)与振幅(amplitude) : 
振幅越大,能量就越大,当成品有过熔现象时,可降低振幅减小能量;反之则调高振幅。
气压(pressure) : 
也就是气压缸施加在工件的压力,选用的气压缸一般都有上限,所以无法调太多,但有些熔接工件设计对压力很敏感,需妥善调整,一般压力要调整到可以融合两个工件或埋植螺丝被压入塑胶柱中,又不会产生其他的不良影响(side effect),需要经验及细心的反覆试验已达到最好的压力设定值。
延迟时间(delay-time): 
焊头开始下降后多久时间超音波能量开时输出,需与焊头下降速度配合,以期可以在焊头与待压工件接触的瞬间启动超音波。
焊接时间(weld-time) : 
在延迟时间结束后,超音波真正发振的时间。
固化时间(hold-time) : 
在熔接时间结束后,Horn(喇叭焊头)还停留在焊接工件的时间。 这通常是为了让融化的塑胶可以有足够的时间冷却重新固化,以免相熔接的两个工件在塑胶未固化前移动了位置,造成熔接不稳固。
焊头停止位置(stroke-stop) : 
这个位置需微调,因为太过与不及都不行,太过的话会压坏工件,不及的话工件无法完全熔接。 摆放工件
焊头下降速度(press speed) : 
焊头的下降速度需配合工件融化的时间。
喇叭焊头的外型设计 (Horn design) – shape (measure the engine, booster, transducer)
焊头(horn)的设计非常重要,好的焊头应该像个喇叭状成流线形,可以尽量不失真地把振动传达到工件,一般最好配合流体力学来设计会比较好。
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