振動(dòng)摩擦焊接機(jī)原理工藝及應(yīng)用

振動(dòng)摩擦焊接機(jī)原理工藝及應(yīng)用

1、線性和軌道式振動(dòng)早接簡(jiǎn)介

　　工業(yè)上用摩擦來(lái)焊接熱塑性材料是一門廣泛應(yīng)用的技術(shù). 該法是將兩個(gè)熱塑性塑工業(yè)上用摩擦來(lái)燁接熱塑性材料I我燁接。像其他熱塑性塑塑料焊接方法一料的表面在起摩擦， 直到表面熔化并流動(dòng)到一起完成一次成型且批量生產(chǎn)時(shí)采用。摩擦焊樣，摩擦焊接也是由于注模成型部作牛形狀復(fù)雜，面不能”加汽車保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管和其他引接方法主要應(yīng)用于汽車I業(yè)中焊接件的批量生產(chǎn)，如汽車保險(xiǎn)杠、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、發(fā)動(dòng)機(jī)引擎罩下的部件.

有四種類似的熱塑性摩擦焊接方法 ，

●直線型振動(dòng)(線性振動(dòng))

●軌道振動(dòng)

●角形振動(dòng)

●旋轉(zhuǎn)摩擦焊接

　　線性振動(dòng)焊接熱塑性塑料是最常用的摩擦焊接方法。該方法是利用接頭表面的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行即接軌道式振動(dòng)焊接是利用提頭表面以但定的速率軌道式運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生即提加工所需的熱量實(shí)現(xiàn)焊接的。線性報(bào)動(dòng)和軌道式振動(dòng)方法經(jīng)常用于由于部件太大而不能來(lái)用超聲波焊接的場(chǎng)合。角摩照焊接用來(lái)焊接圓形都件。這些部件之間的相互對(duì)準(zhǔn)非常重要。該方法是利用兩↑那件之間角形往復(fù)運(yùn)動(dòng)的摩擦產(chǎn)生熱來(lái)焊接的。自從微處理器控制技術(shù)出現(xiàn)后，角摩擦焊接已經(jīng)幾乎被帶旋轉(zhuǎn)位置控制的旋轉(zhuǎn)焊接設(shè)備所替代，并因此從工業(yè)應(yīng)用中消失。旋轉(zhuǎn)焊接和角摩擦焊接將在以后詳細(xì)描述.

　　振動(dòng)焊接方法與其他熱塑性塑料焊接方法相比有許多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于較大的部件，與其他焊接方法(如熱板焊接)相比，焊接時(shí)間相對(duì)較短。例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的四面盒子(尺寸200mmX 200mm x 3mm),振動(dòng)焊接通常需要50~ 60s，面采用熱板焊接一般需要120~180s.

　　另一方面，與其他熱塑性材料焊接方法相比，焊接設(shè)備的基本費(fèi)用高(線性振動(dòng)焊接設(shè)備的更高)。線性振動(dòng)焊接設(shè)備的費(fèi)用是超聲波焊接設(shè)備的5~6倍[41。然面還應(yīng)該注意到，一臺(tái)振動(dòng)設(shè)備所能焊接的焊接面積相當(dāng)于兒臺(tái)超聲波焊接設(shè)備焊接面積。所以，總體花費(fèi)上其實(shí)相差不多。除了設(shè)備花費(fèi)以外，振動(dòng)焊接的夾具也相對(duì)較貴。通常，振動(dòng)焊接方法焊接的部件數(shù)量大約是熱板焊接方法的4倍。盡管那件的幾何形狀是超聲波焊接方法的一個(gè)限制因素，但是與超聲波焊接相比，振動(dòng)焊接的加工周期大約長(zhǎng)4~5倍。

　　薄壁(通常少于1.5mm)都件的焊接為線性摩擦焊接提出了難題，特別是當(dāng)振動(dòng)方向跨越部件璧的時(shí)候。在這些應(yīng)用中需要仔細(xì)設(shè)計(jì)部件，以避免壁面發(fā)生彎曲，此時(shí)采用軌道式振動(dòng)娜接更合適，因?yàn)檫@樣部件壁面的每一個(gè)部分都會(huì)進(jìn)行縱向和橫向運(yùn)動(dòng)，并且界面速率保持恒定。

　　最后，在設(shè)計(jì)振動(dòng)(線性和軌道式)焊接的部件時(shí)，需要在振動(dòng)傳播方向上有一個(gè)單獨(dú)的平面接頭，這是一個(gè)明顯的缺點(diǎn)。對(duì)于線性振動(dòng)焊接部件，容許接頭處有大約10”的輕微傾斜，盡管這種情況應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)。

2、線性和軌道式振動(dòng)焊接工藝

2.1 線性振動(dòng)焊接

　　熱塑性塑料的線性視動(dòng)原握焊接是指兩個(gè)生射成型的熱型性領(lǐng)料那件，在軸向力作用下以線性和正強(qiáng)方式往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦。圖9.1描述了這種

相對(duì)運(yùn)動(dòng)。摩擦運(yùn)動(dòng)在焊接表面產(chǎn)生的摩擦熱必須足以使熱塑性材料熔化和流動(dòng)。焊接時(shí)間、焊接壓力(在接觸面的壓力)和界面速率的共同作用，產(chǎn)生了焊接面熔化所需的熱量。界面速率是振幅(A)和設(shè)備振動(dòng)頻率(W)的函數(shù)(見(jiàn)9.3部分)。

　　表9.1總結(jié)了線性振動(dòng)焊接周期和每一步所需典型時(shí)間。

   　將待焊件放進(jìn)夾具里，振動(dòng)燁接設(shè)備開(kāi)始啟動(dòng)。待焊件可以預(yù)先裝配好，然后放進(jìn)下夾具，也可以將一個(gè)部件放進(jìn)下夾具，另一個(gè)放進(jìn)上夾具。放在上夾具的部件可以通過(guò)真空系統(tǒng)或其他機(jī)械夾具結(jié)構(gòu)固定在適當(dāng)位置。按下兩個(gè)按紐啟動(dòng)手動(dòng)焊接。使用兩個(gè)按鈕是為了使操作者的兩只手同時(shí)被占用，以避免將手夾人移動(dòng)的設(shè)備中。然后將門關(guān)閉，這同樣是為了避免焊接過(guò)程中將手夾住，同時(shí)也可以降低減速箱的噪聲。最后下夾具臺(tái)上升，開(kāi)始實(shí)際的振動(dòng)和冷卻焊接周期。根據(jù)被焊件的尺寸和形狀，振動(dòng)和冷卻步驟各需要約15s。根據(jù)所使用設(shè)備類型，振動(dòng)頻率范圍從100~ 300Hz.在一個(gè)典型的10s焊接周期中，焊接件一共摩擦1000~ 3000次。焊接會(huì)有2~4圈的振動(dòng)，以獲得最大的振幅并克服慣性。因?yàn)檫@僅僅是振動(dòng)周期的一部分，所以這對(duì)焊接件的質(zhì)量并沒(méi)有影響。

　　降下夾具，將焊成件放在合適位置，打開(kāi)門，焊接周期完成。然后，焊成件可被人工移走或被合適的傳送系統(tǒng)移走。

2.2軌道式振動(dòng)焊接

　　在軌道式摩察焊接時(shí)，注射成型部件在軸向力作用下以軌道運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行摩擦。兩個(gè)部件之間接觸面運(yùn)動(dòng)的有效面積為很小的圓或橢圓，直徑大約1~-2mm摩擦運(yùn)動(dòng)在焊接表面產(chǎn)生的摩擦熱，必須足以使熱塑性塑料表面熔化并流動(dòng)。在焊接壓力(接觸面的壓力)，燁接時(shí)間和界面速率的共同作用下，產(chǎn)生使焊接表面熔化的足夠熱量。界面速率是振幅和設(shè)備振動(dòng)頻率的函數(shù)(見(jiàn)9.3部分)。該方法更適用于器壁相對(duì)較薄(<2mm)，通常不能采用線性振動(dòng)焊接部件。與線性振動(dòng)焊接不同，兩個(gè)部件在在焊接面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與部件周圍所有線性振動(dòng)爆接的部件。與線性振動(dòng)焊接種相對(duì)運(yùn)動(dòng)一 科-種平行于部件壁，一種垂直于部件壁。焊點(diǎn)是相間的。線性振動(dòng)焊接中有兩時(shí)于另兩邊則進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)。軌道式焊接(向運(yùn)動(dòng)同時(shí)第一點(diǎn)都將經(jīng)歷橫向和縱向運(yùn)接個(gè)方盒部件時(shí)，有沿兩邊的縱部件壁的方向，邶接表面的游的橫向運(yùn)動(dòng)基本近似。中，在給定時(shí)間內(nèi)，軌道相對(duì)于部二分之一軌動(dòng)在二分之一軌道的縱向運(yùn)動(dòng)和另

能也分成幾個(gè)步驟。大部分步驟所需要的時(shí)間與線性振動(dòng)焊接方法-樣，軌道式振動(dòng)焊接也.步所需典型時(shí)間類似。與表9.2中所列線性振動(dòng)方法中每一

與線性振動(dòng)焊接相比，軌道式振動(dòng)焊接傾向于焊接尺寸更小的部件，所以振動(dòng)和冷卻時(shí)問(wèn)通常較矩，與線性振動(dòng)都接樣，將部件裝人焊接設(shè)備后，，開(kāi)始振 動(dòng)焊接周期。部件以相同的方式裝人軌道式振動(dòng)焊接設(shè)備(見(jiàn)9.2.1部分)，通過(guò)兩個(gè)按鈕或自動(dòng)控制系統(tǒng)啟動(dòng)焊接設(shè)備。同樣，將設(shè)備柜封閉以減少焊接過(guò)程中的噪聲。

2.3 工藝控制

　　振動(dòng)焊接中，軌道式振動(dòng)焊摟和線性振動(dòng)焊接的工藝控制相似。例如在振動(dòng)焊接中有許多操作/控制模式，包括時(shí)間或位移焊接，并且這種特殊模式根據(jù)所用的設(shè)備、設(shè)備制造廠和應(yīng)用變化面改變。隨著微處理器的出現(xiàn)，設(shè)備采用時(shí)間和位移焊接參數(shù)同步反饋的邏輯程序控制.

首先，最普通的方式/模式是按照時(shí)間焊接，將部件裝人振動(dòng)焊接設(shè)備，啟動(dòng)設(shè)備。當(dāng)兩個(gè)部件開(kāi)始接觸，微處理器(控制器)感應(yīng)到下夾具板已停止向上移動(dòng)，就啟動(dòng)振動(dòng)循環(huán)。通常兩個(gè)部件接觸后要有短暫的時(shí)間(通常1s)使壓力在振動(dòng)前達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)根據(jù)時(shí)間焊接時(shí)，振動(dòng)運(yùn)動(dòng)到固定預(yù)定時(shí)間后停止，開(kāi)始冷卻。在振動(dòng)焊接過(guò)程中，微處理器能連續(xù)監(jiān)測(cè)下夾具臺(tái)的位移。在移動(dòng)的下夾具臺(tái)和垂直固定的振動(dòng)頭之間用一個(gè)位移傳送器就可以獲得位移數(shù)據(jù)。通過(guò)監(jiān)測(cè)位移可以對(duì)焊接操作進(jìn)行一定程度的質(zhì)量控制。開(kāi)始振動(dòng)焊接前，設(shè)備中應(yīng)設(shè)定位移限制。例如對(duì)一個(gè)設(shè)定好的焊接操作，沒(méi)有達(dá)到低位限制或超過(guò)了高位限制，設(shè)備將報(bào)警，提醒操作者檢查焊接件。

　　當(dāng)按照位移焊接時(shí)，焊接過(guò)程中，微處理器(控制器)監(jiān)測(cè)下夾具板的位移，當(dāng)材料位移達(dá)到設(shè)定水平時(shí)，運(yùn)動(dòng)停止，開(kāi)始振動(dòng)焊接頭。位移傳送器通常是一個(gè)線性編碼器，以確保能精確測(cè)量部件的變形/錯(cuò)位。與采用時(shí)間燁接一樣，設(shè)備的下夾具臺(tái)上升，直到部件間相互接觸，停留一小段時(shí)間，待壓力穩(wěn)定后開(kāi)始振動(dòng)。為了確保較高的焊接質(zhì)量，在設(shè)備內(nèi)設(shè)定焊接時(shí)間。如果焊接操作沒(méi)有達(dá)到最低時(shí)限或超過(guò)了最高時(shí)限，操作者應(yīng)從生產(chǎn)線上拿走部件并進(jìn)行檢查。