超音波焊接机选择.doc

超音波塑膠熔接的經濟效益，決定於各種成本的正確分析，例如：該產品如何選用適當出力的超 音波熔接機型？如何決定使用適當的功率？如何選擇適合塑膠產品的熔接頻率？如何開設超音波模具 來提高生產量？諸如此類問題，實非一般採購部門或經營者所能知悉。 我們也常聽到使用超音波者的怨言，如大機型做小產品形成的浪費；小機型做大產品而形成的勉強及機械折損。總而言之，商場是個千奇百怪的結合，利與義的標準本就難以定論，一種選擇靠您的智慧；一種結果靠自己承擔。如何讓您掌握效率？如何讓您駕御屬於您的生財器具？我們將提供您專業性的知識來配合您的需求，將超音波塑膠熔接機的各種分類加以規劃，作為一種客觀的標準，祈使客戶、廠商在使用超音波塑膠熔接時避免一些疏忽的細節，並呼請勿抱以方便而失去分析的態度，去從事未來可能發生障礙的歧路。因為超音波機台、模具，電子控制箱振動系統的壽命，將賴以正確的使用與維護，不容許其不協調的疏忽。塑膠熔接機之分類：依頻率分類如表。：依功率分類如表。熔接面積適用效率之機型範圍機型頻率出力熔接面積電源W-13F20KHZ1300W150220V / 7AIPW-15F20KHZ1500W170220V / 8AIPW-18F15KHZ1800W180220V / 9AIPW-22F15KHZ2200W190220V / 11AIPW-26F15KHZ2600W220220V / 13AIPW-32F15KHZ3200W250220V / 15AIPW-42F15KHZ4200W300220V / 15AIP熔接面積如須增大，機型不變時，其能量擴大器必須為專門技術人員分析不影響振動系統情況實施。超音波的上模(HORN)来自：台湾天环公司為讓熔接品質更穩定，我們建議超音波熔接機，使用獨立的氣壓源，因為超音波能量擴大器(HORN)，也就是超音波上模的能量，會受電壓與氣壓的影響，而電壓在台灣有2300萬人在使用，氣壓則有回打充填的空窗期，這個變數，惟有用超音波熔接機的微調螺絲，與熔接時間的安全系數，才是解決變數的有效方法。 超音波熔接領域中，最有技術性的就是超音波HORN的設計與製造，因為它含蓋曲率、波長、音速度、熱傳導、材料密度、機械加工溫度的整合，機台的振盪系統是固定的，若以超音波熔接機是20KHZ(振動20000次/秒)1500W(推動摩擦位移的功率)，超音波HORN經雕刻成形，至最後的形狀尺寸確定後，振動頻率與振幅就是要符合20KHZ與1.2安培以內的空載振幅，這個過程也就是整合上述的技術要領，超音波電子控制箱、機台、超音波下模，都可以由客戶自製，惟獨超音波HORN製造時，必需預留頻率調整量的尺寸與檢測，因為振動頻率與電流超過此，超音波 HORN就要報廢，無法補焊與整修，是其最難處，若無此資訊與經驗而自製超音波HORN，最易產生瞬間超負荷的應力，讓超音波的心臟振盪子破裂，是以建議此部份仍需找專業廠商製造為宜超音波熔接產品檢測分析来自：台湾天环公司超音波的能量走向是縱向波，應該是如上圖圈起來的四條路線，如果超音波HORN(上模) 的能量走向，如最右邊的路線，從橫向側邊出，那就會產生熔接強度不足或不穩定的現象(如右圖)，此謂橫波現象。導致橫波現象的原因：来自：台湾天环公司1. 超音波HORN長度、寬度、能量擴大比率的設計問題。2. 超音波HORN導流溝槽開設的問題。3. 超音波HORN材料組織的問題(一般為鋁鈦合金材質的顆粒組織)。4. 超音波HORN振動頻率、機台振盪系統、電子控制箱無法連成一線(匹配問題)。5. 超音波HORN愈呈四方形，愈容易產生橫波。超音波橫波顯相：1. 振幅錶無負載時(未接觸產品前)，電流高(一般會超過1.0以上)。2. 音波檢測時，HORN本身抖動、發出的聲音及周邊氣流，會異常產生橫向波動。超音波熔接技術經驗解析一来自：台湾天环公司1.強度無法達到欲求標準。當然我們必須瞭解超音波熔接作業的強度絕不可能達到一體成型的強度，只能說接近於一體成型的強度，而其熔接強度的要求標準必須仰賴於多項的配合，這些配合是什麼呢？塑膠材質：ABS與ABS相互相熔接的結果肯定比ABS與PC相互熔 接的強度來的強，因為兩種不同的材質其熔點也不會相同，當然熔接的強度也不可能相同，雖然我們探討ABS與PC這兩種材質可否相互熔接？我們的答案是絕對可以熔接，但是否熔接後的強度就是我們所要的？那就不一定了！而從另一方面思考假使ABS與耐隆、PP、PE相熔的情形又如何呢？如果超音波HORN瞬間發出150度的熱能，雖然ABS材質己經熔化，但是耐隆、PVC、PP、PE只是軟化而已。我們繼續加溫到270度以上，此時耐隆、PVC、PP、PE已經可達於超音波熔接溫度，但ABS材質已解析為另外分子結構了！由以上論述即可歸納出三點結論：.相同熔點的塑膠材質熔接強度愈強。.塑膠材質熔點差距愈大，熔接強度愈小。.塑膠材質的密度愈高（硬質）會比密度愈低（韌性高）的熔接強度高。.製品表面產生傷痕或裂痕。在超音波熔接作業中，產品表面產生傷痕、結合處斷裂或有裂痕是常見的。因為在超音波作業中會產生兩種情形：1.高熱能直接接觸塑膠產品表面2.振動傳導。所以超音波發振作用於塑膠產品時，產品表面就容易發生燙傷，而1m/m以內肉厚較薄之塑膠柱或孔，也極易產生破裂現象，這是超音波作業先決現象是無可避免的。而在另一方面，有因超音波輸出能量的不足(分機台與HORN上模)，在振動摩擦能量轉換為熱能時需要用長時間來熔接，以累積熱能來彌補輸出功率的不足。此種熔接方式，不是在瞬間達到的振動摩擦熱能，而需靠熔接時間來累積熱能，期使塑膠產品之熔點到達成為熔接效果，如此將造成熱能停留在產品表面過久，而所累積的溫度與壓力也將造成產品的燙傷、震斷或破裂。是以此時必須考慮功率輸出(段數)、熔接時間、動態壓力等配合因素，來克服此種作業缺失。.製品產生扭曲變形。發生這種變形我們規納其原因有三：本體與欲熔接物或蓋因角度或弧度無法相互吻合.產品肉厚薄(2m/m以內)且長度超出60m/m以上.產品因射出成型壓力等條件導致變形扭曲.所以當我們的產品經超音波作業而發生變形時，從表面看來好像是超音波熔接的原因，然而這只是一種結果，塑膠產品未熔接前的任何因素，熔接後就形成何種結果。如果沒有針對主因去探討，那將耗費很多時間在處理不對症下藥的問題上，而且在超音波間接傳導熔接作業中(非直熔)，6kg以下的壓力是無法改變塑膠的軔性與慣性。所以不要嘗試用強大的壓力，去改變熔接前的變形(熔接機最高壓力為6kg)，包含用模治具的強迫擠壓。或許我們也會陷入一個盲點，那就是從表面探討變形原因，即未熔接前肉眼看不出，但是經完成超音波熔接後，就很明顯的發現變形。其原因乃產品在熔接前，會因導熔線的存在，而較難發現產品本身各種角度、弧度與餘料的累積誤差，而在完成超音波熔接後，卻顯現成肉眼可看到的變形。4.製品內部零件破壞 超音波熔接後發生產品破壞原因如下： 1.超音波熔接機功率輸出太強.2.超音波能量擴大器能量輸出太強.3.底模治具受力點懸空，受超音波傳導振動而破壞.4.塑膠製品高、細成底部直角，而未設緩衝疏導能量的R角.5.不正確的超音波加工條件.6.塑膠產品之柱或較脆弱部位，開置於塑膠模分模線上.所以當我們的產品經超音波作業而發生變形時，從表面看來好像是超音波熔接的原因，然而這只是一種結果，塑膠產品未熔接前的任何因素，熔接後就形成何種結果。如果沒有針對主因去探討，那將耗費很多時間在處理不對症下藥的問題上，而且在超音波間接傳導熔接作業中(非直熔)，6kg以下的壓力是無法改變塑膠的軔性與慣性。所以不要嘗試用強大的壓力，去改變熔接前的變形(熔接機最高壓力為6kg)，包含用模治具的強迫擠壓。或許我們也會陷入一個盲點，那就是從表面探討變形原因，即未熔接前肉眼看不出，但是經完成超音波熔接後，就很明顯的發現變形。其原因乃產品在熔接前，會因導熔線的存在，而較難發現產品本身各種角度、弧度與餘料的累積誤差，而在完成超音波熔接後，卻顯現成肉眼可看到的變形。.產品產生溢料或毛邊 超音波熔接後產品發生溢料或毛邊原因如下：1.超音波功率太強.2. 超音波熔接時間太長.3. 空氣壓力（動態）太大.4.上模下壓力(靜態)太大.5.上模(HORN)能量擴大比率太大.6.塑膠製品導熔線太外側或太高或粗.上述六項為造成超音波熔接作業後產品發生溢料毛邊的原因，然而其中最關鍵性的是在第六項超音波的導熔線開設，一般在超音波熔接作業中，空氣壓力大約在24kg範圍，根據經驗值最佳的超音波導熔線，是在底部0.40.6m/m高度0.30.4m/m 如：此型，尖角約呈60，超出這個數值將導至超音波熔接時 間、壓力、機台或上模功率的升高，如此就形成上述16項造成溢料與毛邊的原因。.產品熔接後尺寸無法控制於公差內 在超音波熔接作業中，產品無法控制於公差範圍有其下述原因：1.機台穩定性(能量轉換未增設安全係數).2.塑膠產品變形量超出超音波自然熔合範圍.3.治具定位或承受力不穩定.4.超音波上模能量擴大輸出不配合.5. 熔接加工條件未增設安全係數.上機台穩定性在前期超音波熔接變數與對策之專業技術講座中，已將其電壓與氣壓臨界點產生之能量輸出變數做說明。而在本單元之機台穩定中，係指人為熔接加工條件(功率段數)的設定，塑膠材質組織中並非在每點多是絕對平均，其顆粒組織有其差異性存在，而熔點亦有不同。同理超音波上模每點的熱傳導材質之能量轉換、擴大亦有其差異性。是以在熔接加工條件上，必須在可熔條件設定上+安全熔接係數才是正確的1.4.5項亦然。超音波熔接後無法水、氣密来自：台湾天环公司問題一：超音波導熔線開設不當。 解析：我們欲求產品達到水、氣密的功能時，定位與超音波導熔線是成敗的重要關鍵，所以在產品設計時的考量，如：定位、材質、肉厚，與超音波導熔線的對應比例有絕對的關係。在一般水、氣密的要求，導熔線高度應在 0.50.8m/m 之範圍（視產品肉厚而定），如低於0.5m/m以下，要達到水氣密的功能，除非定位設定要非常標準，而且肉厚有 5 m/m 以上，否則效果不佳。一般要求水氣密的產品其定位與超音波導熔線的方式如下：斜 切 式 ：適合水密性及大型產品之熔 接，接觸面角度 =45， x=w/2，d=0.30.8mm為佳。階梯尖式：適合水密性及防止外凸或龜裂之方法，接觸面的角度= 45，x=w/2，d=0.30.8mm為佳。峰谷尖式：適合水密性且高強度熔接，d=0.30.6mm內側接觸面之高度 h 依形狀大小而有變化，但 h 約在12mm左右。以上三種為水氣密超音波導熔線設計法。問題二：熔接條件不當。解析：產品實施超音波作業無法達到水、氣密，除了超音波導熔線、治具定位、產品本身定位等因素外，超音波設定的條件也是一項主因。