振动摩擦焊接机原理工艺及应用

1、线性和轨道式振动早接简介

　　工业上用摩擦来焊接热塑性材料是一门广泛应用的技术. 该法是将两个热塑性塑工业上用摩擦来烨接热塑性材料I我烨接。像其他热塑性塑塑料焊接方法一料的表面在起摩擦， 直到表面熔化并流动到一起完成一次成型且批量生产时采用。摩擦焊样，摩擦焊接也是由于注模成型部作牛形状复杂，面不能”加汽车保险杠、发动机进气歧管和其他引接方法主要应用于汽车I业中焊接件的批量生产，如汽车保险杠、发动机进气歧管、发动机引擎罩下的部件.

有四种类似的热塑性摩擦焊接方法 ，

●直线型振动(线性振动)

●轨道振动

●角形振动

●旋转摩擦焊接

　　线性振动焊接热塑性塑料是最常用的摩擦焊接方法。该方法是利用接头表面的线性往复运动产生的热量进行即接轨道式振动焊接是利用提头表面以但定的速率轨道式运动，产生即提加工所需的热量实现焊接的。线性报动和轨道式振动方法经常用于由于部件太大而不能来用超声波焊接的场合。角摩照焊接用来焊接圆形都件。这些部件之间的相互对准非常重要。该方法是利用两↑那件之间角形往复运动的摩擦产生热来焊接的。自从微处理器控制技术出现后，角摩擦焊接已经几乎被带旋转位置控制的旋转焊接设备所替代，并因此从工业应用中消失。旋转焊接和角摩擦焊接将在以后详细描述.

　　振动焊接方法与其他热塑性塑料焊接方法相比有许多优点。对于较大的部件，与其他焊接方法(如热板焊接)相比，焊接时间相对较短。例如，一个简单的四面盒子(尺寸200mmX 200mm x 3mm),振动焊接通常需要50~ 60s，面采用热板焊接一般需要120~180s.

　　另一方面，与其他热塑性材料焊接方法相比，焊接设备的基本费用高(线性振动焊接设备的更高)。线性振动焊接设备的费用是超声波焊接设备的5~6倍[41。然面还应该注意到，一台振动设备所能焊接的焊接面积相当于儿台超声波焊接设备焊接面积。所以，总体花费上其实相差不多。除了设备花费以外，振动焊接的夹具也相对较贵。通常，振动焊接方法焊接的部件数量大约是热板焊接方法的4倍。尽管那件的几何形状是超声波焊接方法的一个限制因素，但是与超声波焊接相比，振动焊接的加工周期大约长4~5倍。

　　薄壁(通常少于1.5mm)都件的焊接为线性摩擦焊接提出了难题，特别是当振动方向跨越部件璧的时候。在这些应用中需要仔细设计部件，以避免壁面发生弯曲，此时采用轨道式振动娜接更合适，因为这样部件壁面的每一个部分都会进行纵向和横向运动，并且界面速率保持恒定。

　　最后，在设计振动(线性和轨道式)焊接的部件时，需要在振动传播方向上有一个单独的平面接头，这是一个明显的缺点。对于线性振动焊接部件，容许接头处有大约10”的轻微倾斜，尽管这种情况应该尽量避免出现。

2、线性和轨道式振动焊接工艺

2.1 线性振动焊接

　　热塑性塑料的线性视动原握焊接是指两个生射成型的热型性领料那件，在轴向力作用下以线性和正强方式往复运动产生摩擦。图9.1描述了这种

相对运动。摩擦运动在焊接表面产生的摩擦热必须足以使热塑性材料熔化和流动。焊接时间、焊接压力(在接触面的压力)和界面速率的共同作用，产生了焊接面熔化所需的热量。界面速率是振幅(A)和设备振动频率(W)的函数(见9.3部分)。

　　表9.1总结了线性振动焊接周期和每一步所需典型时间。

   　将待焊件放进夹具里，振动烨接设备开始启动。待焊件可以预先装配好，然后放进下夹具，也可以将一个部件放进下夹具，另一个放进上夹具。放在上夹具的部件可以通过真空系统或其他机械夹具结构固定在适当位置。按下两个按纽启动手动焊接。使用两个按钮是为了使操作者的两只手同时被占用，以避免将手夹人移动的设备中。然后将门关闭，这同样是为了避免焊接过程中将手夹住，同时也可以降低减速箱的噪声。最后下夹具台上升，开始实际的振动和冷却焊接周期。根据被焊件的尺寸和形状，振动和冷却步骤各需要约15s。根据所使用设备类型，振动频率范围从100~ 300Hz.在一个典型的10s焊接周期中，焊接件一共摩擦1000~ 3000次。焊接会有2~4圈的振动，以获得最大的振幅并克服惯性。因为这仅仅是振动周期的一部分，所以这对焊接件的质量并没有影响。

　　降下夹具，将焊成件放在合适位置，打开门，焊接周期完成。然后，焊成件可被人工移走或被合适的传送系统移走。

2.2轨道式振动焊接

　　在轨道式摩察焊接时，注射成型部件在轴向力作用下以轨道运动方式进行摩擦。两个部件之间接触面运动的有效面积为很小的圆或椭圆，直径大约1~-2mm摩擦运动在焊接表面产生的摩擦热，必须足以使热塑性塑料表面熔化并流动。在焊接压力(接触面的压力)，烨接时间和界面速率的共同作用下，产生使焊接表面熔化的足够热量。界面速率是振幅和设备振动频率的函数(见9.3部分)。该方法更适用于器壁相对较薄(<2mm)，通常不能采用线性振动焊接部件。与线性振动焊接不同，两个部件在在焊接面的相对运动与部件周围所有线性振动爆接的部件。与线性振动焊接种相对运动一 科-种平行于部件壁，一种垂直于部件壁。焊点是相间的。线性振动焊接中有两时于另两边则进行横向运动。轨道式焊接(向运动同时第一点都将经历横向和纵向运接个方盒部件时，有沿两边的纵部件壁的方向，邶接表面的游的横向运动基本近似。中，在给定时间内，轨道相对于部二分之一轨动在二分之一轨道的纵向运动和另

能也分成几个步骤。大部分步骤所需要的时间与线性振动焊接方法-样，轨道式振动焊接也.步所需典型时间类似。与表9.2中所列线性振动方法中每一

与线性振动焊接相比，轨道式振动焊接倾向于焊接尺寸更小的部件，所以振动和冷却时问通常较矩，与线性振动都接样，将部件装人焊接设备后，，开始振 动焊接周期。部件以相同的方式装人轨道式振动焊接设备(见9.2.1部分)，通过两个按钮或自动控制系统启动焊接设备。同样，将设备柜封闭以减少焊接过程中的噪声。

2.3 工艺控制

　　振动焊接中，轨道式振动焊搂和线性振动焊接的工艺控制相似。例如在振动焊接中有许多操作/控制模式，包括时间或位移焊接，并且这种特殊模式根据所用的设备、设备制造厂和应用变化面改变。随着微处理器的出现，设备采用时间和位移焊接参数同步反馈的逻辑程序控制.

首先，最普通的方式/模式是按照时间焊接，将部件装人振动焊接设备，启动设备。当两个部件开始接触，微处理器(控制器)感应到下夹具板已停止向上移动，就启动振动循环。通常两个部件接触后要有短暂的时间(通常1s)使压力在振动前达到稳定。当根据时间焊接时，振动运动到固定预定时间后停止，开始冷却。在振动焊接过程中，微处理器能连续监测下夹具台的位移。在移动的下夹具台和垂直固定的振动头之间用一个位移传送器就可以获得位移数据。通过监测位移可以对焊接操作进行一定程度的质量控制。开始振动焊接前，设备中应设定位移限制。例如对一个设定好的焊接操作，没有达到低位限制或超过了高位限制，设备将报警，提醒操作者检查焊接件。

　　当按照位移焊接时，焊接过程中，微处理器(控制器)监测下夹具板的位移，当材料位移达到设定水平时，运动停止，开始振动焊接头。位移传送器通常是一个线性编码器，以确保能精确测量部件的变形/错位。与采用时间烨接一样，设备的下夹具台上升，直到部件间相互接触，停留一小段时间，待压力稳定后开始振动。为了确保较高的焊接质量，在设备内设定焊接时间。如果焊接操作没有达到最低时限或超过了最高时限，操作者应从生产线上拿走部件并进行检查。