面向制造和装配的设计指南

错误的导熔线设计以及无导熔线设计均不利于两个塑胶件之 间的超声波焊接，如图3-69所示。 2.焊接面设计 常用的焊接面包括平面式焊接面、阶梯式焊接面和沟槽式焊 接面 （1）平面式焊接面 这种焊接方式属于普通的两平面焊接，在焊接平面上设计一 条贯穿整个平面的锥形体，如图3-70所示。这种焊接面设计的缺 图3-68 典型导熔线的尺寸 点是焊接完成后接触后有毛边产生。 推荐 （2）阶梯式焊接面 这种结构由于熔融材料易于流入垂直间隙，因此其拉伸强度 高于平面焊接，而且具有很高的剪切强度，如图3-71所示。相当 于平面焊接面，由于焊接面积减小，沟槽式焊接面的溶解强度比平面式焊接面低。阶梯面焊接面设 计设计的最小壁厚要求为2mm。
胶件准确定位。这 台和边等，如图 从面向制造和装
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从而使得能量均匀
的毛边外露于塑
如图3-75所示。
焊接头接触面位 焊接面。大多数 为第一选择，远程
图3-74 具有美工沟的阶梯式焊接 图3-75 增加塑胶件焊接面与焊接头的接触面积 a）焊接前 b）焊接后 a）原始的设计 b）改进的设计 （6）把近程焊接作为第一选择
近程焊接时指焊接面距离焊接头接触位置在6mm内，远程焊接是指焊接面距离焊接头接触面位 置大于6mm。在设计塑胶件超声波的焊接时，应当考虑到是否有足够的能量传达到焊接面。大多数 的塑胶材料的近程焊接性能均强于远程焊接性能，因此，因尽可能把近程焊接作为第一选择，远程 焊接作为第二选择，如图3-76所示。
图3-71 阶梯式焊接 a）焊接前 b）焊接后 3.超声波焊接设计指南 设计超声波焊接时，需要考虑以下原则： （1）正确的导熔线设计 导熔线的设计必须保证接触面的初始接触区域 较小，以降低超声波焊接过程所需的总能量，增加 焊接强度，同时减少焊头与塑胶件的接触时间，以 图3-72 沟槽式焊接 减少焊接面毛边的产生。 a）焊接前 b）焊接后 （2）设计定位特征 在两个塑胶件焊接面开始接触之前，在零件之间设计定位特征能保证两个塑胶件准确定位。这 有利于超声波焊接的质量和提高焊接的尺寸精度。定位特征包括定位柱、孔、凸台和边等，如图 3-73所示，当然，也可以设计辅助夹具来增加定位，作者不推荐这种方法，因为从面向制造和装 配的产品设计理论来看，辅助夹具会带来产品成本的增加，不是一个好的方法。
图3-73 超声波焊接的定位 a)没有定位的超声波焊接 b）使用定位柱定位的超声波焊接 c)使用凸台定位的超声波超声波焊接 （3）焊接面均匀一致并紧密接触 塑胶件的两个焊接面必须均匀一致并且紧密接触，尽可能保持在同一平面，从而使得能量均匀 传导，有利于取得一致的焊接效果，并减少毛边产生的可能性。 （4）美工沟的设计 在塑胶件焊接面的四周额外增加0.25～0.64mm的间隙，可以避免焊接时产生的毛边外露于塑 胶件外表面，同时可以使得塑胶件之间的变形不易被发现，从而提高塑胶件的外观质量。 具有美工沟的阶梯式焊接如图3-74所示。 （5）增加塑胶件焊接面与焊接头的接触面积 增加塑胶件焊接面与焊接头的接触面积有利于能量的传导，增加焊接强度，如图3-75所示。
图3-76 把近程焊接作为第一选择 a）近程焊接 b）远程焊接
面熔融而固定。超 配的一种装配技术
是塑胶件接触面上 量在整个焊接面形 典型的导熔线尺寸
两个塑胶件之
面和沟槽式焊
平面上设计一 接面设计的缺
此其拉伸强度 71所示。相当 。阶梯面焊接面设
计时凹凸面保 密封的焊接。同 且防止毛边产生 最小壁厚要求是
图3-69 错误的导熔线设计 a）错误的导熔线设计 b）无导熔线设计
图3-70 平面式焊接 a）焊接前 b）焊接后
（3）沟槽式焊接面 这种焊接采用间距式移位焊接，设计时凹凸面保 持一定的间隙和斜度，适用于要求完全密封的焊接。同 时，沟槽式焊接面提供自定位功能，而且防止毛边产生 ，如图3-72所示。沟槽式焊接面设计的最小壁厚要求是 2mm。
3.4.3 超声波焊接 超声波焊接时利用超声波振动频率，接触摩擦产生热能而使两个塑胶件焊接面熔融而固定。超 声波焊接是一种快捷、干净、有效的装配工艺，用于满足塑胶件塑胶件高强度装配的一种装配技术 ，适用于多种类型的塑胶件装配。正常情况下，超声波焊接具有较高的拉伸强度。 1.导熔线设计 正确的导熔线是提高超声波焊接强度和质量，缩短生产周期的关键。导熔线是塑胶件接触面上 的一条凸出材料，其基本作用是将振动能量聚集在三角形的尖端，其后累积的能量在整个焊接面形 成均匀的塑胶榕流。正确的导熔线必须具备的条件是最初的接触面积不可太大，典型的导熔线尺寸 如图3-68所示。 （单位：毫米） 无定型塑胶 尺寸 H θ 小零件 0.3～0.4 60º～90º 大零件 0.5～0.6 小零件 0.5～0.7 90º 半结晶塑胶 大零件 0.7～1.0