振动摩擦焊接设计指南.pdf

1、振动摩擦焊接设计 1.1振动摩擦焊接介绍 1.2振动摩擦焊接与其他焊接方式对比分析 1.3振动摩擦焊接应用的注意事项 1.4振动摩擦焊接面结构设计 1.5振动摩擦焊焊缝问题诊断 1.6焊接材料相熔性一览表 1.7塑料焊接性能对比表 1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.1 振动摩擦焊接定义 振动摩擦焊接指在上/下热塑性塑料件之间施加压力的状态下，通过治具左右振动产生摩擦热溶化树脂，停止振动加压固化，使上下塑料件结合的焊接方法，如下图所示：1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.2 振动摩擦焊接阶段 如下图所示，振动焊接分以下4个阶段：阶段一：固体状态摩擦（开始溶化）；阶段二：

2、形成不稳当熔融层（熔融层开始向外溢出）；阶段三：熔融稳当阶段，熔融物的溢出量与生成量处于平衡状态；阶段四：停止振动，固化焊接面；1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.2 振动摩擦焊接阶段 振动摩擦能（振动摩擦能（E）：）：P：压力 V：摩擦速度（mm/Sec）V：摩擦速度（mm/Sec）A：振幅（mm）f：频率（Hz）振动摩擦焊接的参数：振动摩擦焊接的参数：1.时间：时间：振动摩擦时间和固化时间 2.压力：压力：振动摩擦压力和固化压力 3.振动振幅（振动振幅（A A）4.振动频率振动频率 5.熔接深度（焊接强度要求）熔接深度（焊接强度要求）参数1至4为设备选择和调试参考因素，参数3和

3、参数5为焊接面结构形式设计及尺寸参考因素。CosSecTmVcmNPE)()min()(2fAV45.41.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.3振动摩擦焊接分类 振动摩擦焊接根据轨迹分类为线性焊接和轨迹焊接，见下图所示：线性振动焊接为简单往复振动，适用范围广，而轨迹振动焊接受产品形状及焊接面轮廓制约。1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.4振动摩擦焊接原理 线性振动原理图，如下图所示：-A+A 1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.4振动摩擦焊接原理 线性振动设备组成，如下图所示：1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.4振动摩擦焊接原理 轨迹振动原理图，

4、如下图所示：1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.4振动摩擦焊接原理 轨迹振动设备组成，如下图所示：1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.5振动摩擦机介绍 振动焊接机流程图，如下图所示：1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.5振动摩擦焊接机介绍 振动焊接机各部件组成及功能介绍：振动头组成：振动头组成：振动弹簧+磁铁 加压起动部：加压起动部：油压伺服泵+驱动液压缸（气压或电驱动）控制部：控制部：人机界面+编程控制器（PLC)电磁振动部：电磁振动部：1、由坚固的弹簧所支撑的振动部通过安装在其左右的电磁线圈产生的电磁力进行左右方 向的振动；2、机械共振频率：由弹簧系数K

5、和包含上治具重量的振动部总重量所决定；3、共振频率：由流经左右电磁线圈的交流电频率决定。振动弹簧功能振动弹簧功能：1、决定共振频率因素之一；2、支撑垂直方向压力；3、熔接后产品位置的复原（精度要求误差不大于0.05mm）。共振频率共振频率 K K-弹簧系数；弹簧系数；MM-振动部总重量（质量）。振动部总重量（质量）。MKW r1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.5振动摩擦焊接机介绍 振动焊接机振动频率及振幅介绍振动焊接机振动频率及振幅介绍：线性振动：1、焊接机振动频率f=240Hz，振幅A=0.350.9mm 2、焊接机振动频率f=100Hz，振幅A=1.02.0mm 轨迹振动：焊

6、接机振动频率f=200Hz，振幅A=0.250.75mm 设备的选用：设备的选用：参考焊接面积和塑件的大小及焊接频率和振幅选择合适型号焊接机 模具重量 振幅（A）焊接面积()/塑件大小 2cm1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.5振动摩擦焊接机介绍 振动摩擦焊接技术参数振动摩擦焊接技术参数对照表对照表 说明说明 详详 述述 MINI II VW2 VW4 VW6 VW2407 VW2800 VW2700 ORBITAL100 1 驱驱 动动 板（板（mm）178*229 450*338 710*380 750*350 305*280 760*350 760*350 Dia 250

7、2 头部开口（头部开口（mm）350*270*190 185*305*190 660*250 660*250*400 660*250*400 Dia 165*5 D 3 台面尺寸（台面尺寸（mm）458*356 800*500 860*330 1050*550 500*520 1020*420 1020*420 500*520 4 中心孔尺寸（中心孔尺寸（mm）250*200*50 450*250*192 585*298*445 750*350 Dia 350 660*250*200 660*250*200 Dia 350 5 机器高度（机器高度（mm）1810 1951 1829 1945

8、2360 2100 2100 2200 6 外形尺寸（外形尺寸（mm）1092*810 1825*1060 1780*915 2000*1060 1600*1000 2110*1320 2110*1320 800*1270 7 模具重量（模具重量（KG）1.82.3 913 16 1626 6.5 20 20 6.5 8 机器重量（机器重量（KG）590 2300 2040 2600 1900 2000 2000 1100 9 夹夹 持持 力力(KN)4.5 12.5 13.3 15 4.5 15 15 4.5 10 振振 动动 频频 率率 240Hz 240Hz 240Hz 240Hz 24

9、0Hz 240Hz 110Hz 240Hz 11 振振 幅（幅（p-p)1.8mm 1.8mm 1.8mm 1.8mm 1.8mm 1.8mm 4.0mm Max1.5mm 12 行行 程程(mm)380 480 508 508 400 500 500 400 13 电电 源源 要要 求求 380VAC*3 380VAC*3 380VAC*3 380VAC*3 380VAC*3 380VAC*3 380VAC*3 380VAC*3 50/60Hz 50/60Hz 50/60Hz 50/60Hz 50/60Hz 50/60Hz 50/60Hz 50/60Hz 4KV/15A 4KV/15A 20

10、KV/15A 11KV/15A 10KV/15A 11KV/18A 15KV/23A 10KV/15A 14 空驶时间空驶时间(sec)5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 15 最大焊接面积最大焊接面积 15c 103c 150c 225c 40c 225c 225c 50c 1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.5振动摩擦焊接机介绍 常用设备及性能参数常用设备及性能参数 设备型号：设备型号：MINIII 输出输出功率：功率：3.7kW 输出频率：输出频率：240kHz可调 主要特点：主要特点：免维护振动头、反馈回路、频率可调、简便的焊接控制界面、操作安全

11、、维修方便、内部有工作灯。性能参数：性能参数：380V AC三相电源、最大加持力3.6KN、驱动模具承重1.8-2.3公斤、振幅0-1.8mm。1.1振动摩擦焊接介绍振动摩擦焊接介绍 1.1.5振动摩擦焊接机介绍 常用设备及性能参数常用设备及性能参数 设备型号：设备型号：VW2-GV 输出功率：输出功率：6.5hp 输出频率：输出频率：240KHz可调 主要特点：主要特点：免维护振动头、反馈回路、频率可调、简便的焊接控制界面、操作安全、维修方便、内部有工作灯。性能参数：性能参数：380V AC三相电源、最大加持力1420公斤、驱动模具承重9-13公斤、振幅0-1.8mm 1.1振动摩擦焊接介绍

12、振动摩擦焊接介绍 1.1.5振动摩擦焊接机介绍 常用设备及性能参数常用设备及性能参数 设备型号：设备型号：VW6-GV 输出功率：输出功率：11kW 输出频率：输出频率：240kHz可调 主要特点：主要特点：免维护振动头、反馈回路、频率可调、简便的焊接控制界面、操作安全、维修方便、内部有工作灯。性能参数：性能参数：380V AC三相电源、最大加持力26.7KN、驱动模具承重18-23公斤、振幅范围0-1.8mm。1.2振动摩擦焊接与其他焊接方式对比分析振动摩擦焊接与其他焊接方式对比分析 振动摩擦焊接优劣分析振动摩擦焊接优劣分析 优点：优点：焊接不规则,形状复杂的工件；可熔接大型的零件；熔接力强

13、,接口可靠；能一次焊接多个工件；无需借助其它结合物质；无臭味,不会造成环保问题；对于受潮（需干燥处理）与含高量添加物（高达45%）之塑料有良好的熔接效果；耗电量低；快速,容易设定；模具替换性高。缺点：缺点：熔接面为10度以内的平面；产品要坚固,耐得住振动摩擦（产品侧壁加强筋）；若焊接结构的设计不合理,有时外观会有溢料产生（焊接面设计溢胶槽）。1.2振动摩擦焊接与其他焊接方式对比分析振动摩擦焊接与其他焊接方式对比分析 其他焊接方式优缺点分析其他焊接方式优缺点分析 超声波：超声波：加工时间短 成本低 受塑料限制 加工物受形状大小限制 热板熔接法：热板熔接法：加工时间长 耗电量高 残质附著热板上 塑

14、料变质 恶臭味 旋转熔接法旋转熔接法 成本低 加工物受形状大小限制 定位困难 不可一次同时作数件加工 1.2振动摩擦焊接与其他焊接方式对比分析振动摩擦焊接与其他焊接方式对比分析 各焊接方式性能对照表如下表所示 1.3振动摩擦焊接应用的注意事项振动摩擦焊接应用的注意事项 振动摩擦焊接的影响因素振动摩擦焊接的影响因素 塑料件结构（本体结构和焊接面结构）材质的熔融温度 硬度，弹性 不同材质的特性 湿度 熔融速度 树脂添加剂 各材质焊接注意事项各材质焊接注意事项 易吸收水份的材质需充分干燥,用高压或高温除掉蒸汽压 不同材质间的焊接前提是熔点差在38之内,而且分子结构要相似 厚度越厚对熔融层的影响也越大

15、,熔融时间和固化时间也增 1.4振动摩擦焊接面结构设计振动摩擦焊接面结构设计 1.4.1 振动焊接分类振动焊接分类 二件焊接 多件焊接（含嵌件，主要针对热塑性塑料间）振动摩擦焊接 热塑性塑料 +模压复合材料 热塑性塑料 +热塑性塑料 热塑性塑料A +热塑性塑料A 热塑性塑料A +热塑性塑料B 带溢胶槽焊接 振动摩擦焊接 无溢胶槽焊接 凸缘焊接 振动摩擦焊接 无凸缘焊接 注：凸缘特征和溢胶槽特征可以综合设计，衍生其他类型，详见下文焊接面结构设计。1.4振动摩擦焊接面结构设计振动摩擦焊接面结构设计 1.4.2 振动热熔线设计注意事项振动热熔线设计注意事项 振动焊接面设计前需确认以下三点：a）产品大

16、小及外观形状：）产品大小及外观形状：确认设备选型，产品加强筋和夹具支撑的设计以及焊接强度的特殊要求等。b）选择材料的特性：）选择材料的特性：参考材料相容性一览表，确认产品材料选择是否合适，焊接后强度等级及对振动熔接线的选择要求等。c）产品焊接要求：）产品焊接要求：焊接周期要求确认是否选择热熔线及其形式和尺寸要求；强度要求确认热熔线的形式及尺寸要求；外观要求确认是否设计溢胶槽（单侧要求或双侧要求）及 溢胶槽的设计形式等；.1.4振动摩擦焊接面结构设计振动摩擦焊接面结构设计 1.4.2 振动热熔线设计注意事项振动热熔线设计注意事项 熔接线的大小 振动方向治具固定槽或设置凸缘（RIB）焊接筋至少有1/2以上要直接受到压力 确保0.8mm以上的左右移动空间（振幅空间要求）RIB厚度：振动垂直方向（0.8*2）+（约2mm以上）振动方向：1mm以上 大型振动焊（120Hz）：240Hz的2倍 确保溢料填充空间（约溶胶量的20%30%）避免振动方向晃动，设计直角凸缘RIB 考虑注塑件的变形 保证焊接面相对振动方向10度以内的平坦度 保证焊接强度，焊接熔线宽度一般设计为壁厚的12倍 1.4振动摩擦焊