Типичные методы соединения пластиковых деталей включают резьбовые соединения, защелки, пресс-фитинги, клеевое соединение и сварку. Сварка – эффективный метод неразъемного соединения пластиковых деталей. Существуют различные процессы сварки пластмасс, в том числе ультразвуковая сварка, вибрационная сварка трением, лазерная сварка, сварка горячей пластиной и инфракрасная сварка.
Вибрационная сварка трением обычно используется для сварки крупных деталей. Для более мелких деталей его можно использовать для сварки нескольких деталей (2–4 штуки) одновременно, что обеспечивает более экономичный и быстрый процесс. Наиболее важными параметрами процесса вибрационной сварки трением являются частота, амплитуда, давление, время и глубина сварного шва. Оптимизация этих параметров позволяет добиться очень высокой прочности сварного шва. Однако настройка параметров сварки зависит от типа материала, геометрии и требований к чистоте.
Параметры процесса вибрационной сварки трением
1. Частота
Машины для вибрационной сварки трением имеют две рабочие частоты: высокочастотный режим вибрации (200-240Гц) и низкочастотный режим вибрации (80-120Гц). Выбор частоты зависит от веса и высоты верхней формы. Частота не оказывает существенного влияния на качество сварки.
2. Амплитуда
Для высокочастотных-режимов работы (например, 240 Гц) выходная амплитуда (от пика-до-пика) составляет 0,5-1,8 мм. Для низкочастотных режимов работы (например, 100 Гц) выходная амплитуда составляет 2–4 мм (см. Рисунок 1). Обычно высокочастотная вибрация используется, когда зазор между деталями ограничен менее 1,5 мм. Большая амплитуда приводит к сокращению времени сварки, но ухудшается чистота.
3. Сварочное давление
Диапазон регулирования широкий: от 0,5 до 20 МПа. Обычно используемый диапазон составляет 0,5-2,0 МПа. Более высокое давление может сократить время сварки. Стоит отметить, что чрезмерное давление сварки может привести к вытеканию большого количества расплава из зоны сварки, связываясь с холодным пластиком под слоем расплава, образуя холодный сварной шов, что значительно снижает прочность сварного шва.
Как правило, прочность сварного шва не очень чувствительна к частоте и амплитуде вибрации. Для материалов, содержащих стекловолокно, текучесть расплава должна быть максимально ограничена или сведена к минимуму. Боковое течение расплава может изменить ориентацию стекловолокон, снижая прочность сварного шва. Материалы с высокой-вязкостью выдерживают более высокое сварочное давление. Однако более высокое давление увеличивает количество пыли на первой стадии (стадия трения твердого тела).
4. Время сварки
Вибрационная сварка трением имеет два метода контроля: контроль времени и контроль глубины. Обычно чаще используется контроль глубины сварного шва.
5. Глубина сварного шва
Наиболее важным фактором, определяющим прочность сварного шва, является глубина сварного шва. Когда глубина сварного шва превышает критический порог, достигая минимальной глубины третьей стадии (стадии установившегося течения), прочность сварного шва достигает прочности основного материала. Когда глубина сварного шва меньше этого критического порога, прочность сварного шва снижается. Когда глубина сварного шва превышает этот критический порог, сварка пластиков одного типа не увеличивает прочность сварного шва. Однако сварка различных пластиков может повысить прочность сварного шва.
Пока этот критический порог достигнут, прочность сварного шва не зависит от частоты и амплитуды сварки. При постоянном пороге (выше критического порога) повышенное давление снижает прочность сварного шва.
Приведенные выше предложения могут служить отправной точкой для настройки параметров. Точные настройки параметров также связаны с типом материала, геометрией, требованиями к прочности, требованиями к уплотнению и требованиями к чистоте.
Вот типичные настройки параметров:
Сварочное давление: 1,4 МПа (200 фунтов на квадратный дюйм)
Частота: 240 Гц
Амплитуда: 1,8 мм
Глубина сварного шва: 1,5 мм
Время: 3,5 с
Время выдержки: в 0,5 раза больше времени сварки.
