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超聲波鉚接技術(shù)介紹

2021-04-23 15:27
超聲波鉚接是一種連接異種材料（通常是塑料與金屬或異種塑料）的裝配方法。它通過(guò)可控熔化和整形塑料柱銷在另一工件上產(chǎn)生鎖頭并將其鎖定。由于超聲波鉚接具有循環(huán)時(shí)間短、可重復(fù)性好、易控制、緊裝配、能一次鉚接多元件等優(yōu)點(diǎn)，在汽車、五金、電子、電器、儀器儀表、航空航天工業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。

超聲波鉚接，有時(shí)稱超聲波鉚焊，是一種極好的連接異種材料的裝配方法。在兩工件由異種不可焊塑料組成或者一個(gè)工件相對(duì)于另一工件簡(jiǎn)單的機(jī)械固定足夠（不需分子鍵合）時(shí)，超聲波鉚接可以代替超聲波焊接。超聲波鉚接最常用于金屬與塑料的連接。

超聲波鉚接原理及過(guò)程


超聲波鉚接的基本原理是將高頻電能轉(zhuǎn)化為高頻機(jī)械能以往復(fù)縱向移動(dòng)的方式作用于熱塑性塑料，在塑料 / 塑料或者塑料 / 金屬界面產(chǎn)生摩擦熱，形成局部熔化，通過(guò)可控熔化和整形塑料凸臺(tái)或柱銷以鎖定另一零件。在超聲波鉚接的過(guò)程中，熔化塑料的控制塑性塑料，在塑料 / 塑料或者塑料 / 金屬界面產(chǎn)生摩擦熱，形成局部熔化，通過(guò)可控熔化和整形塑料凸臺(tái)或柱銷以鎖定另一零件。在超聲波鉚接的流用于鎖定另一零件（通常是另一種塑料或金屬）。預(yù)成型塑料柱銷從待鎖定零件的孔中穿出，來(lái)自焊頭的高頻超聲振動(dòng)傳遞給柱銷上部，柱銷由于摩擦熱產(chǎn)生熔化并填充焊頭空腔體積，結(jié)果產(chǎn)生鉚頭鎖緊零件。塑料柱銷是在持續(xù)輕壓下漸次熔化形成鉚頭。焊頭的輕微壓力使柱銷頭部形成特定的形狀（由焊頭端部結(jié)構(gòu)決定）。振動(dòng)停止后，塑料凝固，異種材料固結(jié)在一起。過(guò)程中，熔化塑料的控制。

各種塑料的超聲波鉚接適應(yīng)性


超聲波鉚接適用于塑料與其它材料如金屬的連接以及異種塑料的連接。但可能不適合于同種塑料的連接，因?yàn)樵谶@種情況下，柱銷的軟化頭有可能與配合件焊在一起并形成尖銳缺口，造成應(yīng)力集中和脆化接頭。與普通的超聲波焊接剛好相反，通常塑料愈軟，愈容易超聲波鉚接。不過(guò)，采用適當(dāng)?shù)恼穹蛪毫M合大多數(shù)塑料能獲得良好的結(jié)果。為取得最好的結(jié)果，超聲波鉚接限于用于熔化/軟化溫度差至少達(dá)22℃的塑料之間。表1列出了各種常用熱塑性塑料超聲波鉚接難易程度。

超聲波鉚接特點(diǎn)


超聲波鉚接優(yōu)點(diǎn)：循環(huán)時(shí)間短（通常少于1s）、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、無(wú)彈性復(fù)原的緊裝配、成形塑料應(yīng)力最小、不需耗材如螺釘和鉚釘、單焊頭能進(jìn)行多元件鉚接、可重復(fù)性和過(guò)程可控性好（能獲得一致的結(jié)果）、在大多數(shù)情況下能夠鉚接著色的或鍍鉻的凸臺(tái)或柱銷。超聲波塑料鉚接設(shè)備工作頻率有20、30、40kHz。取決于具體應(yīng)用，每一種頻率都有利有弊。20kHz優(yōu)點(diǎn)是有利于大尺寸凸臺(tái)或柱銷。缺點(diǎn)是在焊接過(guò)程中較高振幅可能損傷柱銷底部以及造成表面壓痕，還會(huì)產(chǎn)生聲頻噪音。30kHz優(yōu)點(diǎn)是幾乎無(wú)聲，能鉚接甚至很大的柱銷，超聲波能量保持在近場(chǎng)區(qū)而表面壓痕風(fēng)險(xiǎn)降至最低。缺點(diǎn)是特別小的柱銷可能受到中等振幅的損害，因而更適合于40kHz。40kHz優(yōu)點(diǎn)是幾乎無(wú)聲，非常適合于特別小的柱銷。缺點(diǎn)是可能缺乏足夠的振幅在適當(dāng)?shù)难h(huán)時(shí)間完成焊接，因此造成柱銷損傷或者表面壓痕。難以焊接中到大的柱銷。

超聲波鉚接是一種熔化和整形柱銷以機(jī)械鎖定工件的裝配方法。在兩連接工件由異種不可焊材料（如金屬與塑料）組成或者一個(gè)工件相對(duì)于另一工件簡(jiǎn)單的機(jī)械固定足夠（不需分子鍵合）時(shí)，超聲波鉚接可以替代焊接。超聲波鉚接最常用于金屬與塑料的連接。
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