超音波プラスチック溶接の成功に影響を与える要因
私たちは皆、超音波溶接の基本ルールを知っています，高周波電気エネルギーが高周波機械エネルギーに変わります，この繰り返しの振動が熱プラスチックまたは金属に伝達します。 , プラスチックとプラスチックの間に摩擦とエネルギーが発生します , プラスチックと金属、または金属と金属。
超音波溶接，のプロセスでは、摩擦によって発生する熱により 2 つのプラスチック表面が互いに溶け合います。 超音波リベット接合中 溶着時、チップは溶融プラスチック，フォームの流れ方向を制御し、プレスします。 超音波ナット埋め込みのプロセスでは、，溶接チップがナットをプラスチックに注入します。
異なる周波数(15kHz-50kHz)と電力(600W-4800W)，または空気圧超音波溶接機，サーボなどの異なる制御方法，を備えたさまざまな超音波システム構成を選択できます。超音波溶接機、またはハンドヘルド溶接機，非標準の超音波溶接機，金属溶接機などのさまざまなアプリケーション。
超音波溶接の結果に影響を与える多くの要因: 金型 (上部ホーンと下部治具)，周波数，材質，溶接線の設計，溶接パラメータおよびスペアパーツの注入など
溶接システム周波数
一般的な溶接周波数には、15kHz，20kHz，30kHz，35kHz，および 40kHz が含まれます。 製品サイズごとに適切な溶接周波数を選択可能 , 内部電気部品の種類 , 溶接強度 , 溶接結果など 基本的には、次の原則を参照できます。：
小型・高精度電子製品（PCB基板やマイクロ電子部品を内蔵）のハウジング溶接用 , 40kHzの超音波溶接機がよく使用されます。 内部の電子部品への損傷を避けるために、より小さな溶接圧力でより小さな振幅を備えています。
1. 見た目の要求が厳しい小型製品の場合、 40kHzの超音波溶接機を適用できます。 振幅と圧力を小さくすると、溶接の見栄えが良くなります。
2. 中型または大型のプラスチック溶接の場合、通常は 15kHz または 20kHz が適用されます。
3. PPなどの比較的柔らかい素材の場合 , または薄くて剛性の低い素材 , 低周波で振幅が大きいため、通常は 15kHz の溶接機が使用されます。
4. 遠方界溶接用 - 溶接 ホーンが溶接線から遠く離れている場合など , この距離が 12mm より大きい場合 , この機会に 15kHzの超音波溶接機を使用できます。
5. 20kHz溶接機はほとんどの中小型プラスチック溶接に適用可能 , これは、超音波用途で最も広く使用されている周波数でもあります。
素材
1. 超音波プラスチック溶接，の場合、熱可塑性プラスチックは特定の温度範囲で溶ける可能性があるため、熱可塑性プラスチック溶接にのみ適用されます。 熱硬化性プラスチック用 , 加熱すると劣化してしまうため、超音波では溶着できません。
2. 熱可塑性プラスチックの溶接性は剛性に依存します , 弾性率 , 密度 , 摩擦係数 , 熱伝導率 , 比熱容量，ガラス転移温度(TG)または融解温度(TM)。
3. 一般的には、 剛性の高い材料は振動エネルギーを容易に伝達するため、遠方界溶接能力に優れています。 , 弾性率が低く柔らかい材料は超音波振動が減少するため、溶接が困難になります。 それどころか , リベットまたはスポット溶接用 , 素材が柔らかいほど , 溶接が簡単になります。
4. 通常は , プラスチックは非晶質と結晶質の2種類に分けられます。 超音波エネルギーはアモルファス材料内を容易に伝達できるため、溶接が容易です。 ただし、 , 超音波エネルギーが結晶質材料内に伝わるのはそれほど容易ではないため、超音波溶接機が結晶質材料を溶接するにはより大きな振幅とエネルギーが必要になります。 , 溶接ラインも慎重に設計する必要があります。
5. 溶接性は、水分含有量などの要因によってさらに影響を受ける可能性があります。 , 離型剤 , 潤滑剤 , 可塑剤 , フィラー強化剤、顔料、難燃剤、その他の添加剤、および実際の樹脂グレード。 また、異種材料間の相溶性にも注意が必要です。 一部の材料の特定のグレードの間にはある程度の互換性があり、他の材料には互換性がありません。
溶接がニアフィールド溶接であるかファーフィールド溶接であるかを考慮する必要があります。 プラスチック部品に接触する溶接チップと溶接線との距離が 6mm 未満の場合を近接場溶接と呼び、距離が 6mm を超える場合は遠距離場溶接と呼びます。 距離が長いほど、振動減衰が大きくなります，溶接は難しくなります
ツーリング & 溶接ヘッド
通常、顧客は同じブランドのツールと溶接ヘッドを選択します。 実際、周波数が機器と同じであれば、他のブランドを選択することもできます。
溶接ホーンの材質は、アルミニウム、チタン、または硬質合金鋼です。 金型の材質はアルミ、ステンレス、樹脂金型などが考えられます。 通常、選択される材料は、材料の種類、材料のグラスファイバー含有量、コネクタの構造とサイズ、溶接強度、耐用年数によって異なります。 たとえば、溶接ホーンの耐用年数を延ばすには、硬質合金鋼を選択できます。
超音波溶接ホーンは、FEA (有限要素解析) によって設計および最適化できるため、エンジニアは実際の製造前に溶接ヘッドの振動と圧力を評価できます。 最適な溶接ホーンの設計は、出力振幅が均一で応力が最小限のものです。 上の図の左側は最適化前の溶接ホーン設計、右側は最適化後のホーン設計です。
溶接ホーンの設計と製造のプロセスでは、ホーンの対称性が非常に重要です。非対称のホーンは非軸方向の振動を引き起こし、ホーンの応力を増加させ、ホーンの無効性を引き起こします。
適切なツールの設計も重要です。トーリングには 2 つの主な機能があります。溶接ホーンの下の部品の位置を調整することと、剛性サポートの溶接領域です。 剛性の高いサポートは超音波エネルギーを溶接ラインに反射するのに役立ちます。そのため、ツールは通常金属加工品で作られています。
溶接ホーンの耐久性を高め、寿命を延ばすために、溶接ホーンの表面を処理することができます。 タングステンカーバイド処理またはクロムメッキ処理を施したもの。 製品に合わせてツールを複数のセクションに分けて設計することも可能 .
溶接パラメータ
溶接パラメータは、溶接プロセスにおける溶接結果に影響します。 これらのパラメータには、振幅、溶接圧力、トリガー圧力、溶接距離、エネルギーが含まれます。
プラスチック材料が異なれば、必要な振幅も異なります。振幅は通常、ソフトウェアのパーセンテージ設定で調整するか、ブースターを異なる比率で変更することで調整します。 溶着圧力は回転ボタンまたはソフトウェア設定によって調整できます。 圧力トリガーは、プラスチック部品に一定量の圧力を加えた後、圧力が設定値に達すると超音波が開始され、値は回転ボタンまたはソフトウェア設定によって調整されます。
溶接プロセスにおけるいくつかの制御モード：
タイムズモード
エネルギーモード
距離・位置溶接モード
プラスチックが異なれば、使用する溶接モードも異なります。 たとえば、薄いプラスチック材料は通常エネルギー モードを採用し、寸法公差が大きい製品は距離モードで溶接され、公差要件が高い製品は位置モードで溶接されます。
さらに、溶接プロセスのすべてのパラメータを監視したり、ワークピースの誤動作を回避するためにパラメータ認定範囲を設定したりすることもできます。
プラスチック溶接は特殊な加工であるため、製品開発の初期段階では、超音波装置メーカーと緊密に連携し、経験を活かして製品構造と溶接ラインの設計を評価し、サンプル製品をテストして、品質検査の合格率を大幅に向上させる必要があります。その後の量産工程。
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