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超声波塑料焊接的动态接触分析

2022.11.15

分析的目的和背景
 
“超声波塑料焊接法”用于汽车零部件、家用电器、医疗设备、封装产品等广泛领域,作为热塑性塑料的粘接方法,通过超声波喇叭对塑料部件施加超声波振动,在接头处产生表面摩擦和材料内部摩擦产生的热量,从而熔化接头接触面附近进行焊接。 然而,根据塑料部件的形状和焊接装置的驱动频率,焊接部分的气密性和强度可能不够,因此,如果能够预测和评估在预施加超声波振动时接头的动态行为,则可以在原型设计之前更改部件形状和驱动频率,从而有效地进行焊接。
 
由于超声波焊接方法中使用的焊接设备使用超声波喇叭共振,因此其驱动频率仅限于离散值,如 15kHz、20kHz 和 25kHz,通过预测和评估预先施加超声波振动时的接头动态行为,可以为相应的焊接样品选择具有高焊接效果的驱动频率。
 
超声波塑料焊接大致分为直接焊接(近距离焊接)和传递焊接,通过传递振动到焊接样品进行焊接,在这里我们介绍传递焊接,随着焊接应用范围的扩大,对传递焊接的需求不断增加。 由于传递焊接通常涉及复杂的塑料零件形状,并且由于零件变形,接头的动态行为可能很复杂。因此,在实验中评估接头动态行为难度较大,限制比较多,所以需要构建能够详细评估接头动态行为的分析方法。
 
在这里,我们使用有限元方法对圆柱形塑料零件进行动态接触分析,以预测接头的动态行为。 结合实际焊接实验结果,讨论了焊接压力(静态压力)对实际焊接中重要超声波焊接部件的影响,以及焊接部件动态行为因驱动频率而异的原因。
 
焊接实验
 
图 1 显示了此分析示例的分析目标。 将一个塑料部件放在底座上,将另一个塑料部件(Upper Part)放在底座上。 然后,将超声波喇叭 (Horn) 推动Upper Part,通过气缸中的喇叭对Upper Part施加焊接压力(静态压力)。 当超声波振动通过喇叭施加静态压力时,在部件之间的接头接触面上产生摩擦,在接触面附近产生内部热量,导致接触面附近的塑料熔化从而焊接接头。
 
超声波塑料的焊接模型
 
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22III-T38
MBU-陆毅刚-超声波塑料焊接的动态接触分析.pdf

超声波塑料焊接的动态接触分析
2022-11-15 10:59:19
2022-11-15 10:59:19
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