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无纺布平面口罩本体连续生产总体方案及耳带超声波焊接主要设计说明书
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无纺布平面口罩本体连续生产总体方案及耳带超声波焊接主要设计图纸和分析摘要无纺布作为石油化工的附属产物，其独特的性质正在广泛的应用于生产生活领域，一次性口罩是其在生产中比较重要的分支。目前，国内主流对于无纺布平面口罩生产水平相对于工业发展水平较高的国家基本持平。但在去年公历年末至今年年中时由于突然的疫情影响，我国出现了短时的产能不足，不均现象，使日常和医务需要有着冲突。基于这个原因研究关于口罩主体生产方案和耳带超声波焊接和设计的部分方案，进行预备性应用。为之后突发事件起到短时应急且不影响其他正常生产的目的性。本文将论述无纺布或熔喷布（吸水层）平面口罩本体连续生产总体方案及耳带超声波焊接的研究正是基于这一需求。作者系统的查看和研究了国内无纺布的生产技术和应用，并进行了一定的网络视频考察，综合地区现有的生产方法的情况下，提出一套无纺布平面口罩生产方案和相关生产设备的初步确认。该方案应对口罩有临时需求且需要满足基本要求的连续生产，可根据企业自身的实际情况进行改变和改变并采用超声波焊接的方式实现口罩本体与耳带的连接。论文重点对以下方面进行了研究和讨论：1. 以SolidWorks和AutoCAD为平台，详细论述口罩本体的连续生产的主要方案和关于耳带超声波焊接的机构设计，包括各零部件的三维建模、整机装配、二维设计图的制作2. 对超声波焊接进行了一定的研究，并运用实际生产工艺要求进行了相关的实验分析计算3. 对口罩本体的材料的选择进行了初步的了解，对生产的相关参数进行一定的初步设计和分析4. 对本课题的研究所存在的不足和目的性的需求的可能性进行进一步的改进,进行总结和展望关键字：无纺布 平面口罩 超声波 焊接 AbstractAs an accessory product of petrochemical industry, nonwovens are widely used in production and life due to their unique properties. Disposable masks are an important branch of nonwovens production. At present, the production level of nonwoven flat mask in mainstream China is basically the same as that in countries with high level of industrial development. But from the end of last calendar year to the middle of this year, due to the sudden epidemic, short-term inadequate production capacity and uneven phenomena occurred in China, which caused conflicts between daily and medical needs. For this reason, some plans about the main body production scheme and ear belt ultrasonic welding and design are studied for preliminary application. For the purpose of short-term emergency response to subsequent emergencies without affecting other normal production. This paper will discuss the non-woven or melt-sprayed fabric (absorbent layer) surface mask body continuous production scheme and the research on ultrasonic welding of ear belts is based on this demand.The author systematically reviews and studies the production technology and application of Nonwovens in China, carries out certain network video inspection, and puts forward a production plan of nonwovens flat mask and preliminary confirmation of related production equipment based on the existing production methods in the region. This scheme should meet the continuous production of temporary requirements and basic requirements for the respirator. It can be changed and changed according to the actual situation of the enterprise and the connection between the respirator body and ear strap can be realized by ultrasonic welding. The paper focuses on the following aspects:1. On the platform of SolidWorks and AutoCAD, the main schemes for continuous production of masks and the mechanism design for ultrasonic welding of ear belts are discussed in detail, including three-dimensional modeling of components, assembly of the whole machine and production of two-dimensional design drawing.2. Certain research has been carried out on ultrasonic welding, and relevant experimental analysis and calculation have been carried out according to actual production process requirements.3. Have a preliminary understanding of the material selection of the mask body, and have a certain preliminary design and analysis of the relevant production parameters.4. Further improvement, summary and Prospect on the shortcomings and the possibility of demand for the purpose of this subjectKey words: ultrasonic welding nonwoven flat maskIII目录摘要IabstractI第一章 绪论11.1 无纺布及其相关技术应用与发展11.1.1 无纺布及其物理特性11.1.2 国内外无纺布的发展11.2 超声波焊接技术及国内发展21.2.1 超声波焊接21.2.2 超声波焊接的国内发展31.3 无纺布在口罩的应用与生产31.3.1 无纺布在医疗方面的应用与参数对比31.3.2 无纺布口罩的分类及生产流程41.4 平面无纺布口罩自动生产线总体概述51.4.1 平面口罩送带机及耳带焊接工作台51.4.2 平面口罩主体连续生产演示方案61.5 本章小结92第二章 对于超声焊接在生产时部分参数试验102.1 超声波基本理论102.2.1 超声波特性简单介绍102.2 超声波加工设备简单介绍112.2.1 超声波发生器112.2.2 超声震动系统122.3 焊接参数对于焊接质量的影响142.3.1 振幅参数的概念和特点142.3.2 焊接时间的基本调查152.3.3 焊接压力的确定方法152.3.4 保压及时间的说明162.4 本章小结17第三章 总体方案确定183.1 机械结构的总体要求183.1.1 经济性要求183.1.2 寿命与可靠性要求183.1.3 劳动保护性要求193.2 口罩生产线整体方案的确定193.2.1 鼻梁线埋入位置和数量讨论203.2.2 关于焊接部分部分零件系统设计思路213.3 本章小结22总结与致谢23总结23致谢24参考文献25第一章 绪论1.1 无纺布及其相关技术应用与发展1.1.1 无纺布及其物理特性无纺布英文名称“Non-Woven fabrics或Nonwoven cloth”，是指在生产过程中没有进行传统纺纱过程，生产过程类似于传统造纸中纸浆纤维的自我粘结，因此又可以称之为非织造布。无纺布是一种可以直接利用高分子聚合物切片、短纤或长丝进行需要选择排列方式，形成纤维网结构，然后采用物理或化学方法加固而成形成的具有柔软、透气和平面结构的纤维制品。按照分类的不同，成分分类可分为丙纶、涤纶、棉纶、氨纶、腈纶等，或者分为一次性和耐用性无纺布。图1-1-1-1熔喷无纺布工艺流程在生产上具有工艺流程简便、生产速度快，产量高、成本低、应用范围多、原料来源广泛等（原材料作为石油化工产品的附属产品）特点。无纺布本身有不错优良的特性：通透性、过滤性、拨水性、吸水性，强度无方向性，纵横向强度相近。但其独特的生产制造工艺也带了一些缺点：强度和耐久性与纺织布相比较差、可清洗性也需要在一定条件选择下、在一般性生产中纤维按照固定方向排列较易在直角方向上产生分裂(在最新的生产中有企业以改良在生产过程中的纤维方向的统一性)。1.1.2 国内外无纺布的发展无纺布起源于19世纪末第二次工业革命中的欧洲，但最先以工厂规模的生产是20世纪30年代末美国的Felt公司（American Felt Co.），在之后是1944年德国的KARL FREUDENBERG公司。亚洲的无纺布工厂规模生产在1958年的DAINIKKU株式会社，在1976年国内才有了第一台无纺布纺织设备位于上海的上海益民制革厂，设备是上海纺科院委托上海纺大测绘国外设备仿制的。目前在世界范围内用于无纺布生产的原料中63为聚丙烯，23为聚酯，8为粘胶，2为丙烯酸纤维，1.5为聚酰胺，剩余的3为其他纤维，不同的纤维原材料也对应着不同的生产需求，从1998年开始，因为在人造革制造领域的需求开始提升，丙烯酸纤维的用量开始上升， 2000-2005年之间卫生吸收材料及医药用纺织品领域由于SARS疫情的影响下更换防护材料，聚丙烯纤维和聚酯纤维的应用开始占据优势。在无纺布市场中45%用于工业，20%用于家庭，20%用于医疗，10%用于服装，还有5%用于其他方面。对于医疗方面运用并没有对特定原料进行约束，只要材料的细胞毒性、皮肤刺激、皮肤致敏符合相关要求，且满足医疗防护的技术标准。无纺布业被认为是21世纪的朝阳产业，我国各类无纺布生产线增长也是十分的迅速，且大部分生产设备以实现国产化，国产生产设备价格低廉，能有效降低生产成本提高国内的产品竞争力。截止到2011年中国非织造布总产量正在逐年以年均15%增加，总产量以居于亚洲第一位，对于目前情况来说无纺布在国际国内市场逐渐成为新兴产业，并且产业需求不断加大。1.2 超声波焊接技术及国内发展1.2.1 超声波焊接焊接技术在日常生活中属于比较常见的连接类型，但其种类有着较为复杂的分类：按照待焊母材融化状态分类，分为熔焊、压焊和钎焊三个大类。超声波焊接属于压焊这个分类之中。压焊顾名思义在焊接过程中有着一定的压力的施加，具体是指在不论是否需要温度控制状态下对组合焊接施加一定压力，使其产生塑性形变并通过分子/组织的再结晶和扩散的作用，使两个相互分离表面的关于材料性质的最小构成达到形成稳定的键能连接的方法。超声波焊接顾名思义是利用超声波频率的机械振动时的能量进行上述目的的焊接，由超声波发生器产生的超声波频率转换为机械振动能，在通过震动杆、聚能器、耦合杆和上升级传递到工件：工件在静压力下，利用超声波震动的机械能，使焊件结合面相互摩擦转换为内能，产生一定的组织结构变化，经压合而连接在一起。1.2.2 超声波焊接的国内发展超声波焊接在国内的专利数截止2019年为1799件（中国专利文摘库CNABS）,根据图表（图1-2-1）相关专利的年申请数量可知国内对于超声波焊接的发展基本分为三个阶段。图1-2-2-1专利申请数量/年第一阶段，起步期为1994-2003年，数量较少且中间有停滞阶段，表明了国内对于该技术没有一定的重视和发展。第二阶段，平稳增长期2003-2013年，有较为平稳固定的增长量，表明国内对该技术有了一定的关注性和投入性，有着一定相对固定的产出。第三阶段，快速增长期2013年-至今，该专利的申请数进行快速增长，该时期也是国内电子电器快速发展的时间段，两者有着一定的相辅相成且相互促进的影响。1.3 无纺布在口罩的应用与生产1.3.1 无纺布在医疗方面的应用与参数对比在之前使用的医用棉布时在，非防水加工的斜纹棉布，即使是第一次使用时细菌的通过率达到80%，洗涤100次后细菌的通过率达到了100%。即使进行了双层叠加使用可降低细菌通过率，但在洗涤100次后细菌通过率也达到了80%。防水棉布可有效降低细菌的通过率。这是由于棉布其内部纤维的孔洞大小不均匀，有着一定的不确定性。相比较无纺布而言孔径大小有其固定的范围，这使得无纺布的细菌通过率数值非常的低。对于现在的一次性医疗用品来说这更加有效的提高了无纺布在医疗卫生行业中的使用。有效的表明了无纺布对于其他传统纺织品来说：有效的有效阻隔细菌，降低交叉感染的概率。在关于无纺布防尘率的实验中我们发现了由德国TUV认证的对无纺布和纱布口罩的防尘率对比试验：在过滤20g/以上防尘率试验时无纺布的表现比16层以下（含16层）的纱布口罩（03年SARS疫情时国内普遍使用的防疫口罩）更加有效。在对于传统纺织品来说，无纺布的工艺过程简便、生产效率高、工艺变化简便，且在透气性、过滤性、吸水、隔水性都是非常独特的。因此，无纺布口罩在无纺布的医疗行业用品中是其中较为重要的分支之一1.3.2 无纺布口罩的分类及生产流程无纺布口罩分为平面、锥形、面罩三种形式，各有其独自的特点：平面和锥形生产过程较为简单，无需模具，锥形具有较好的贴面性和舒适性，平面的是适应性范围更多，便于包装运输，同等密度下的包装平面的体积更小，锥形次之，最后是面罩。面罩虽然生产工艺过于复杂，但其保护性占三种中最高，多用于较高等级的防护区域，锥形和平面多用于日常低防护要求地区，但防护能力还是十分优良的。对于生产流程在此只做简述，后文将论述平面无纺布口罩的生产过程。图1-3-2-1 面罩无纺布口罩加工流程图平面、锥形和面罩无纺布口罩都是由口罩主体和耳带两部分组成，在锥形和面罩无纺布口罩生产中需要对连接耳带和上鼻托架两加工流程进行专有夹具和工艺设计，而平面和锥形无纺布口罩都不需要针对口罩主体进行模具冲压的流程设计。对于包装流程锥形和面罩需要一定的人工介入才能有效的保持良好的成品率。图1-3-2-1，简单说明了针对面罩无纺布口罩的分布加工流程综合上述观点得出在应对突发需求时平面无纺布口罩是最优性的选择。1.4 平面无纺布口罩自动生产线总体概述平面无纺布口罩主要由口罩本体及耳带组成，自动生产线可以对成固定尺寸的无纺布原材料和耳带进行直接加工：首先将不同材料的原材料无纺布按照需求进行层叠的排布，并将鼻梁条放置在最外层和内层之间，对于鼻梁条的数量可由生产人员自行决定，在中间部和长端任意一侧，当要在放置在长端任意一侧时，注意后续要进行两侧边缘由于要保证口罩主体强度而进行的折叠焊接长度进行调整和预留，鼻梁条的长短由切断刀进行长度尺寸的控制，若在两部分都进行鼻梁条的安装，需要注意切断刀尽量分开放置，否则易相互干涉，对于口罩宽度的控制也有着一定量的影响。之后对口罩长度进行控制切割，超声波焊接。在此以完成了平面无纺布口罩主体，为了得到完整的口罩，需要将口罩主体与耳带进行超声波焊接。为此，平面无纺布口罩生产线主要由以下部分组成，送带机及耳带焊接工作台、平面口罩本体连续生产装置，两个部分组成。下面我们将对整个无纺布平面口罩生产线的各部分进行介绍，以进行一个直观印象1.4.1 平面口罩送带机及耳带焊接工作台主要组成包括长度（造型）控制机构，超声波焊接机构，总体结构如下图3121、焊接头，2、耳带定长机构，3、耳带定位锁紧机构图1-4-1-1耳带焊接工作台（视角1）4251324、锁紧限位挡板，5、气动/液压剪刀图1-4-1-2耳带焊接工作台（视角2）1.焊接头进行耳带超声波焊接直接接触部分，底部有摩擦纹样式纹路增加焊接强度2.耳带定长机构为了进行耳带长度控制和位置限制方便后续焊接的自动化进行，在长度控制完全后由气动/液压剪刀进行切断3.耳带末端定位锁紧机构在其上方有限制挡板使耳带在进行取带和完成取带，进行焊接时，剪刀剪断耳带后依然保持夹紧和下一次夹取的定位，在焊接结束后限位挡板与焊接金属头部不进行同步脱离，在下方传送带的限制和运动下，焊接完成的耳带解锁脱离，为进行焊接部分依旧保持夹紧状态1.4.2 平面口罩主体连续生产演示方案主要包括，超声波焊接滚筒、压褶机构、边缘翻折机构、材料放置架，四部分组成，整体分布图如图1-4-2-1主要经过流程（选用单鼻梁条安装进行说明演示），将不同的无纺布材料按照需求进行排列引入生产线，进行压紧防止在不同材料层之间有相互滑动所造成后续材料不同长所造成的不正常使用。叠压机构使整体在后续使用中有着一定的伸缩余量来满足不同使用者的舒适度。图1-4-2-1口罩主体前视图在图1-4-2-1的左侧和中间部上侧为材料安置架，中间部中央为生产线的压紧和叠压机构，右侧为边缘翻折和鼻梁线埋入、超声波焊接和切片机构材料安置架材料放置架采用圆筒式旋转，方便进行物料的快速更换安装，方便操操作，在生产时材料和和圆筒同步滚动为防止因摩擦不均产生轴向力在外侧安装了回转压紧锁闭机构（锁紧于旋转轴可同步运转）图1-4-2-2物料放置架压叠压机构（含叠压边缘）由于材料的可拉伸性，在没有进行超风波焊接或固定前，不同材料会有一定的相对滑动现象，因此在生产过程中保证材料结构的完成性下使材料在一定拉力下进行生产，并进行宽度方向分层的叠压，并进行折弯固定，在进行最后的边缘预翻转和鼻梁条的埋入之前，确保布料整体的不会发生较大的宽度方向错动，进行一定的拉伸力施加和后续生产线宽度变化和保持（可调整挡板）。图1-4-2-3和1-4-2-43超声波焊接和切片机构作为口罩生产中较为关键的一个步骤，超声波焊接和切片的成果直接影响口罩的使用，在这流程中有着一定的要求的转动比和转速限制，还需要注意在进行传动时不同位置传动所改变传动方向对出料和进料方向的产生的影响。传动比和距离成一定相关关系，在距离恰好下传动比采用1：1等速传动比，同时也要求电动机要高一点的负载性图1-4-2-3压叠机构（含边缘预翻折）都轴测图图1-4-2-4压叠机构（含边缘预翻折）仰视图图1-4-2-5成片处理机构211、超声波焊接滚筒，2、切片刀图1-4-2-5成片处理机构1.5 本章小结以上是生产线各主要部件的简单介绍，对于生产中个参数的选用和计算将在下文中进行部分说明，本人能力有限且有着很多不足本章主要介绍口罩产业上游的部分简介和国内现阶段的生产和需求背景，对于不同需求的对比没有过多详述，重点偏向于应急正常生产和应对效果对比本条生产线的主要目的是为了应对急性需求不足的，对于长期稳定生产也没有深入的了解分析计算第二章 对于超声焊接在生产时部分参数试验2.1 超声波基本理论声波是由物体震动，引起其小距离内的其他可压缩或有一定弹性的物体，在声波能量的影响下压缩传递或其内部若干小块质点偏离内部力的平衡位置所造成的介质内部的自我弹性恢复力，并产生内部耦合。在不断传递过程中产生或发射声波。声波是一种纵波，在16-16000Hz是大部分人类所能感知的频率，对于频率低于16Hz的声波为次声波，由于比较接近人体本身的振动频率，次声波即使不被听到但人的身体依然会感到不适，严重者会对脏器产生不可逆影响，对于超过16000Hz的声波，称为超声波。超声波本身特点是：频率高，波长短，能量大在短距离比较集中，在对外传播过程中翻折，折射，共振，损耗现象十分显著。2.2.1 超声波特性简单介绍超声波的波动特性超声波可在气体、液体、固体中传播，传播速度与频率、波长、介质有关C=fC：超声波的传播速度（m/s）：波长（m）f：频率（Hz）声波在各种介质中的传播以发生物体为中心，以任何任意一传播方向与中的连线的竖向截面，其传播图像都是余弦变化规律X=A cos（t+）X：运动的位移（m）A：振幅（m）：圆频率（rad/s）t：时间（s）：震动相位角（rad）线束特性：超声波传播具有方向性和射束性，离声源较近波束基本平行，在一定距离后线束的扩散与距离呈现正相关。吸收特性：声波在各种介质中传播中，随着距离的增加，强度会逐渐降低，因为传播介质会吸收一部分能量转换为其他形式。对于同种物质来说，频率越高，被吸收性越强。对于不同介质（不同环境下）的被吸收性与其分子间的间隙性呈正相关关系即在空气中最强，液体其次，固体最小。2能量传递特性在声波中频率越高所具有的能量也就越大，其目标分子也会获得更高的能量。其能量强度可用垂直于波传播方向单位面积能量来表示。在超声波加工中90%的能量作用于工件表面。对于空化效应，在日常声中是最容易接触观察到的，比如超声波清洗和粉碎，都是利用这一性质。多普勒效应其实也存在于日常生活中，只是不太被人们所熟知，在救援车辆由远及近，由近及远的过程中，人们的直观感受是声音形态的改变，其实为频移现象。在超声波中声源和被测试物体之间有相对移动，就会出现，且频移现象与速度变化也呈正相关关系。2.2 超声波加工设备简单介绍超声波设备虽然目的不同，但其内部组成部分不外乎两个部分：超声波发生器和超声震动系统。2.2.1 超声波发生器超声波发生器（超声波电源）的作用是将公共频率（大部分为50和60Hz，独立提供下可根据适配频率进行调整）交流电转换为20-40kHz的超声震荡，以提供使工作界面往复的震动能量。超声波发生器的组成部分在图2-2-1-1以表示的十分清晰，分为震荡级、电压放大级、功率放大级、电源级组成。按照是否反馈自我改变频率分为：他激式、自激式。自激式主要和整个系统的共振频率有关，在自激震荡中推动多级功率放大器，若系统某些情况下产生共振频率改变，可以通过预先设计的“声反馈”或“电反馈”改变超声频率，可以使机构系统处于良好的谐振工作状态。他激式只能手动改变或无法调整超声频率，对于生产加工过程中设备的长时间使用不能很好保护。图2-2-1-1超声波发生器组成2.2.2 超声震动系统超声震动系统也是由多个机构共同组成，一般包括：换能器、变幅杆、（包括震动杆）、加工工具（工作部件）等示例图如图2-2-2-1图2-2-2-1超声震动系统示例超声震动系统其主要的三部分皆为谐振单元，按统一谐振频率进行分别设计，完成后进行各级联合实验。1、换能器：是将超声频电能转换成超声震动的机构。当在换能器输入端加入一定频率的交变电流，输出端即可输出同频率震动，但当外加交变电流频率与换能器固有频率一致时输出端的震动幅值大幅增加，这种显现称为压电谐振。换能器主要分为两种，磁致伸缩式和电致伸缩式。磁致伸缩式依靠铁钴镍金属的长度在磁场中的变化。电致伸缩式，通过压电效应的晶体比如石英、钛酸钡、锗钛酸铅，逆向改变产生的长度尺寸的伸缩变化，当加入超声波频交变电场使物质产生高频振动，为了使振动振幅达到最大，应达到共振状态，所以晶体厚度应为半波长或整数倍。对于普通换能器收到结构限制，其自身震动位移量较小大致范围为小于10m，不能达到下述震动幅值的要求，因此引入变幅杆图2-2-2-2压电效应示意图2、变幅杆：将输出端振幅进行放大，根据型号和原理的不同可达到几十至几百微米。也可起到聚能作用2.3 焊接参数对于焊接质量的影响在理论上，对于非金属高分子的超声波焊接，基本特性都含有热塑性。本课题所选用的是无纺布即高分子合成纤维，属于柔性材料。对于超声波焊接工艺的好坏与其影响因素的关系表现为：G=KUpctK:焊件形状因子G：剪切模量U:材料厚度：摩擦系数：材料导热率：材料密度c：比热容t：熔点除上述参数之外，焊接面与焊接头的距离对最后焊接质量的评定也会有一定的影响相关性，材料的焊接面与焊接头距离为超声波半个波长时焊点的强度最好。对于塑料制品和柔性材料来说，超声波能量的主要传递方式为纵波，且最大波峰值正好处于半波长位置或相位整数倍，但在较高相位整数倍时能量的损耗量会有一定量的增加，增加使用时能量总量。所以在进行选择时使焊接面与焊接头的距离保持在半个波长距离时既能保证良好的焊接效果和提高了能量利用率。对于超声波焊接，主要工艺参数为:振幅、焊接时间、焊接压力、保压时间、焊点形状。这些参数会共同影响焊接质量。2.3.1 振幅参数的概念和特点振幅：音频系统的输出机械振幅是超声波焊接系统的重要的工艺参数，对于不同材料有着适当的振幅，合适的振幅范围内可以提高震动能量的扩散效果即内部焊接面积的增大，增加焊接强度。在对于不同形式的超声波焊接时超声波的振幅大小也有不同，本课题由于是平面超声波焊接，振幅较小，对于其他焊接形式所有所需要的振幅大小未做深入考究。2.3.2 焊接时间的基本调查焊接时间:在针对无纺布之间的焊接试验中发现，对于焊接时间的把控，是需要不断尝试的，焊接时间不足，材料间融化不完全两种材料之间不能达到品质稳定的焊接质量且焊接强度也是有较为严重的问题。焊接时间过长，焊接材料在焊接区域和非焊接区域有熔断或切割痕迹，在远离焊接区域也会产生不确定性的粘连，这也不利于提高焊接质量，且焊点处有概率发生轻微焦化现象，对于产品的美观和实际使用产生不便。对于市场主要生产线调查焊接时间不小于0.04s。2.3.3 焊接压力的确定方法焊接压力：在进行焊接压力单一对比试验时，其他参数不变下，焊接压力范围的选用也可以影响焊接质量P2=4FA2P2:焊接压力（MPa）A：焊接点焊接面积（A焊点的直径长度）焊接压力于供气/液压力关系F=nA24P1F：焊接压力A：气缸缸径：气缸效率：选用0.75P1：供气压力n:气缸数在实验时发现焊接压力对焊接后厚度尺寸与密度有相关性影响，在焊接压力过小时出现焊接后焊接区域材料密度偏小，蓬松，焊接强度低，压力过大时焊接区域厚度明显降低，但伴随有材料被焊穿现象，这时无法判定焊接强度标准。经过试验讨论后认为，当进行两层PET材料焊接时，总厚度在3.5-5mm时焊接后达到1.5-2.5mm时焊点颜色与原材料基本一致时且密度较高无分散纤维时焊接强度最高。2.3.4 保压及时间的说明保压时间、压力：在材料融化后继续保持压力和持续时间的指标性描述，目的是为了材料的更好焊接，确保在材料冷却固化过程中充分接触。但由于在该产品实际生产时发现时间快速且焊点大小体积不利于传感器的放置和数据记录。在进行几次肉眼观察试验发现影响不大时，对其进行忽略考虑。但在市场中主流保压时间为不小于0.06s。因此根据上述时间可以得知焊接头与焊接材料的整体结合时间为0.1s左右，即0.1s完成焊接和保压并进行脱离，在实际生产中口罩本体与焊接滚筒接触时间长于0.1s，可保障生产的顺利和质量，较长的时间也可在其中进行分步提高其他性能参数由于本品的焊接头，各主流厂商规格基本一致且有效面积较小固不进行分析讨论，但在大面积小密度的超声波焊接过程中该问题不可忽略在研究这一系列问题时，发现同类数据可供参考，在下方进行方案和展示焊接压力于供气关系 （焊接压力于实际气缸数值需经过上述计算），在实验后观察得出PET类无纺布，在超声波振幅选用26m下，焊点尺寸为6mm圆圈下。在不出现内部纤维破坏、无拉伸变形时可承受单侧单点拉力可达到24N。2.4 本章小结本章主要对生产过程中的超声波技术进行简单介绍和说明，包括超声波基本理论，对于部分参数在进行参观和共同试验时进行有效讨论（由于没有一定的合作关系在此引用其他老师教授数据）。对于方案性的确定中在上文中已进行一定的说明，其他环节的对比选用在下文进行部分说明。第三章 总体方案确定3.1 机械结构的总体要求机械是为生产所服务的，这是有着一定规章和需求所约束的。在进行总体确定时需要满足例如使用功能要求、寿命和可靠性要求、经济性要求、劳动保护和环境保护要求、。对于本课题来说，造型的美观性可进行轻微排布，对于生产余料进行统一回收管理处理，对于环境的污染程度主要可能是生产时所产生的一定噪音污染。使用功能要求应具备预定的使用功能，正确的选择机器的工作原理、工作机构等3.1.1 经济性要求经济性体现在整个设计、制造和后续使用的过程中。具体体现为机器的成本，生产制造的效率性，具体生产过程中的原料利用率和最终整个系统的维护性。基本方法如下：采用现代先进的设计方法，使参数进行最优化设计采用标准化，通用化零部件，结构尽可能采用标准化采用一定的新兴成熟工艺、技术、材料等增加设计制造中的结构工艺性提高整个系统的机械化自动化水平传动系统的高效传动，减少中间能量损失采用合适的防护方式（表面处理或封闭化）3.1.2 寿命与可靠性要求任何机器或机构都要要求在一定的使用寿命中可靠运行，随着要求和功能的增长机器的结构复杂性日益提高，但寿命性和结构复杂性呈现出负相关数据，因此引入了可靠性数据进行大数据的纵向对比，即在规定时间的使用寿命内在给定的工作环境下正常工作的概率，因此在设计时针对组成机器的最小构成零件也提出了可靠性和寿命要求，同时也会引入备用系统提高可靠性的方法。图3-1-1-1机器经济性费用曲线3.1.3 劳动保护性要求要求所设计的机器符合劳动保护法的要求。对于人机工程学要进行充分考虑，尽可能的减少操作的复杂性和增加便捷性。要确保保护装置、报警装置等有效性和恢复的简便及安全性。3.2 口罩生产线整体方案的确定目前大部分平面口罩生产线使用自动化产品居多，在之前时将口罩主体完成后进行分批次的耳带焊接，产品原材料的利用率对于无纺布来说是高效的。但耳带长度的控制采用人工手段时无法完全控制。这在一定程度上影响产品使用时的体验。对于生产过程中本体鼻梁线的埋入和定位是偏关键性的一步，鼻梁线的定位是使用者的直观感受若太低无法起到定型支撑的作用，若整体面积过大且鼻梁线靠上部就会存在一定的受众人群不适合佩戴，记不到良好的防护效果。针对与鼻梁线这一工艺进行一定的结合讨论。3.2.1 鼻梁线埋入位置和数量讨论就目前而言，鼻梁线的埋入点有两处，第一处为不同材料无纺布进行预先组合，第二处为为进行封边在进行边缘翻折后超声波整体焊接前埋入。对于鼻梁线的个数可分为1、2、3或者更多数量，但过多的数量不能有效利用且增加材料的消耗，降低使用防护效果和生产成本的增加，因此仅以1、2、3，三种情况进行分析。鼻梁线的单一强度即可满足使用需求，并且鉴于该产品的实际使用时间和寿命总体并不持久，因此不讨论两根位于一处增加局部使用寿命的情况。鼻梁线的埋入位置分别为上中下三处，当然这也是针对三根的情况。由于对称性，两根的埋入位置情况有两种一中间和两边界处的其中一处，二两个边界处各有一根。当使用一根鼻梁线时，对称性的考虑，两边界处任选一处，或者单独位于中间处当使用三根为方案时位于底部的鼻梁线，不能起到定型作用还会使口罩下侧位置不能很好的贴合使用者的面部。造成材料浪费且增加机器设计成本。若对于特殊人群进行使用，可调整面罩主体的宽度距离。针对于安装位置有一定的影响性，两处埋入位置，有一处需要同时埋入两根，在一定程度上要求了口罩主体的宽度，但过大宽度的口罩主体三根鼻梁线并不能完全发挥作用甚至影响使用。使用两根鼻梁线时，当一根位于中间位置，根据市场反馈来看，使用者的舒适度良好，且保证在使用过程中不会因为呼吸所造成的水附着造成的有效通过率降低造成的内部负压使口罩内壁贴于使用者面部。当两根位于上下边界时，跟三根鼻梁线的使用发生了同样的问题，其中一根鼻梁线的不能起到最初的目的。两根鼻梁线的使用会限制部分使用者的使用，口罩面积会略微减小。虽符合普遍符合人群但覆盖面还是有所降低，对于应对应急需求满足的受众群体覆盖面还是有所不足。但在稳定日常生产时可考虑此方案，对于使用者感受和材料的利用率都是较高。且鼻梁线的埋入位置正好为两处，距离适当，但增加了前部生产线的长度，增加了一处超声波焊接设备，以完成咋埋入完成后固定鼻梁线位置，防止后续步骤造成的位置偏移。且在后续的传送过程中对于鼻梁线内部材料的不可压缩性，需要对传送零件进行一定开槽设计，若不进行特别设计，仅调整拉紧机构的间距和数量，降低了位置的不同材料的位置准确性或增加前部分生产线总体长度。且在叠压过程中要在一定程度上改变执行机构的形状，增加了设备加工零件的制造难度。若材料能有较好的使用寿命可以使用该方案，在一定程度降低上述所说不便性。对于一根鼻梁线的使用，当位于口罩主体部分时对于鼻梁处的密封性不佳，且由于在使用过程中材料收到一定的拉伸力使主体部分保持竖直，更不利于对使用者的使用和防护。位于上部，满足使用者的需求和防护效果，但口罩主体的形状保持，较两根有差距，根据使用时间统计，在小于3小时的温和使用或小于1小时的激烈使用时，单根的舒适性强于两根，在实际生产中可针对不同的受众人群进行不同方案性的选择。一根鼻梁线的使用可使设备后期切片等处理更加集中化，节省一定的空间位置，增加生产效率。在针对于应急性的生产时可以进行优先级的考虑。综合本课题的使用目的，偏向于一根鼻梁线的边缘位置方案，但在正常生产中推荐两根且一根位于中间位置的方案。针对口罩尺寸的不同，不进行生产线实际尺寸的计算，可根据设计宽度总体预留20-30%的宽度进行边缘翻折使主体强度进行保证。3.2.2 关于焊接部分部分
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