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功能塑膠件的連接

塑料因其具有質輕、耐沖擊性好、具有較好的透明性、絕緣性好、成型性好、著色性好、加工成本低等諸多優點,被廣泛應用于汽車部件、電子電器和工業消費品中。技術工程師及應用開發技術人員經過長期的研究和應用實踐,開發出很多不同的塑料連接方式。

1.塑料鉚焊接技術

用來連接由不同材料制造的制件,使熱固性塑料與熱熔性塑料制件間實現相互連接,或使塑料制件與金屬連接。

原理:利用模塑件上預留固有的塑料鉚柱、肋翼、立筋,對應穿過沖壓成形金屬板結構上預制孔壓緊,金屬表面凸出部分鉚柱(熱樁) 在受控熱融軟化后再用特制金屬成型鉚頭壓緊冷卻重新成型并夾緊。

利用特定形狀的鉚頭可以實現塑料鉚柱的埋頭鉚接(齊平鉚接)、半球鉚接 圓弧翻邊鉚接立筋肋條狀鉚接、機械鍛壓、折邊鑲嵌包覆等,實現不同材質的材料機械鉚合組裝在一起的連接方式, 連接部位不易脆化、美觀、牢固、密封性好,從而實現結構的**化設計,充分利用各種材料的機械特性**組合,極大地提高整體組件的性能,整體結構耐沖擊,從而達到最完美的配合,尤其適合于長期機械振動、環境溫度及濕度變化范圍大,自然環境極其惡劣的場合。

2.感應加熱焊

感應焊接是一門簡單、快捷、可靠的塑料焊接技術。該技術是通過感應加熱向設計接頭**輸出能量,接頭處的植入材料選擇吸收能量、熔化和流動以填滿接頭。塑料感應焊接商業應用已有三十多年歷史,在焊接壓力容器和其它高要求零件(需高強度和外形美觀的結構、密封接頭)方面獲得了持續成功。

特點:感應焊接是一種非??焖?一般3~10s;甚至只1s)和多樣化的焊接方法,焊接強度多數情況下都能符合使用要求。缺點是: 焊縫處留有金屬品、設備投資高和焊接強度不如其它焊接方法高。

3.熱氣焊

熱氣焊是利用焊槍噴出的熱空氣或氮氣對塑料焊件和塑料焊條進行加熱,使焊條填充到連接部位后加熱連接表面,冷卻后形成接頭。熱氣焊在各種塑料焊接方法中,歷史最長,應用最廣,是“**焊”。

焊接速度比較慢,需要焊槍、焊嘴、氣源、填充焊條。其中焊條的截面形狀有多種多樣,常見是形狀有圓形、矩形、繩形、D形、B形等,直徑2~8mm。

熱氣焊有熱氣擺動焊、熱氣嵌入焊、熱氣搭接焊、熱氣擠塑焊。熱氣焊通常溫度為200~400℃,流速15~70L/min。典型塑料品種熱氣焊的溫度范圍:PVC 210± ;PP 220±20;PMMA 250±10;PC 330±10;POM 230±10。具體準確溫度要試焊測試后最終確定。

4.超聲波焊

超聲波焊接是利用高頻振動波傳遞到兩個需焊接的物體表面,在加壓的情況下,使兩個物體表面相互摩擦而形成分子層之間的熔合。一套超聲波焊接系統的主要組件包括超聲波發生器/換能器/變幅桿/焊頭三聯組/模具和機架。

原理:超聲波作用于熱塑性的塑料接觸面時,會產生每秒幾萬次的高頻振動,這種達到一定振幅的高頻振動,通過上焊件把超聲能量傳送到焊區,由于焊區即兩個焊接的交界面處聲阻大,因此會產生局部高溫。又由于塑料導熱性差,一時還不能及時散發,聚集在焊區,致使兩個塑料的接觸面迅速熔化,加上一定壓力后,使其融合成一體。當超聲波停止作用后,讓壓力持續幾秒鐘,使其凝固成型,這樣就形成一個堅固的分子鏈,達到焊接的目的,焊接強度能接近于原材料強度。

超聲波塑料焊接的好壞取決于換能器焊頭的振幅,所加壓力及焊接時間等三個因素,焊接時間和焊頭壓力是可以調節的,振幅由換能器和變幅桿決定。這三個量相互作用有個適宜值,能量超過適宜值時,塑料的熔解量就大,焊接物易變形;若能量小,則不易焊牢,所加的壓力也不能太大。這個**壓力是焊接部分的邊長與邊緣每1mm的**壓力之積。

5.摩擦焊

摩擦焊是利用連接表面相互摩擦生成的熱量而實現連接的方法,摩擦焊包括三類:旋轉摩擦焊、線性振動摩擦焊和攪拌摩擦焊。

①旋轉摩擦焊:被連接件以很高的速度旋轉,同時在軸向施加一定的壓兩個連接表面相互摩擦,停止旋轉時,被連接件冷卻并形成焊縫。適合于連接硬塑性塑料,連接速很快,被連接件應接近圓柱形,需旋轉裝置才能施焊。

②線性振動焊摩擦焊:又稱振動焊,采用0.5~5MPa的焊接壓力將塔接好的焊件壓緊,然后一側的焊件在夾具的帶動下以1mm左右的振幅,100~500Hz左右的頻率,在平行于焊接界面的方向振動,焊接界面在摩擦和粘性切應力的作用下溫度逐漸升高到塑料的熔點以上,熔融的塑料被擠出,振動停止,熔融的焊縫在壓力下凝固??梢院附映暡ê鸽y以焊接的大型塑料焊件;被焊件形狀受到限制;需要專用振動焊接設備。

③攪拌摩擦焊:是利用軸待摩擦產生的熱量使焊縫塑料進入塑性流動狀態,并利用攪拌針攪拌焊縫進入塑性狀態的材料,消除原來焊接界面并形成焊縫的焊接方法。只能用于熱塑性塑料的焊接,主要適用于大型厚板,接變形量小,設備原理簡單,可靠性相對較高,適于批量生產以及焊接精度和外觀質量相對較低場合。需要專用設備及復雜的工裝夾具。

7.激光焊

最常用的激光焊接形式被稱為激光透射焊接,首先將兩個待焊接塑料零部件加壓力夾在一起,然后將一束短波紅外區的激光定向到待粘結的部位。激光束通過上層透光材料,然后被下層材料吸收,激光能量被吸收后轉換為熱能,由于兩層材料被壓在一起。熱能從吸收層傳導到透光層上,使得兩層材料熔化并結合。

特點:焊接設備不需要和被粘結的塑料零部件相接觸;速度快;設備自動化程度高,很方便的用于復雜塑料零部件加工;不會出現飛邊;焊接牢固;可以得到高精度的焊接件;無振動技術;能產生氣密性的或者真空密封結構;最小化熱損壞和熱變形;可以將不同組成或不同顏色的樹脂粘結在一起。

應用:當被粘接的塑料零部件是非常精密的材料(如電子元件)或要求無菌環境(如醫療器械和食品包裝)時,激光焊接技術就能派上很大用場。激光焊接技術速度快,特別適用于汽車塑料零部件的流水線加工。另外對于那些很難使用其它焊接方法粘接的復雜的幾何體,可以考慮使用激光焊接技術。

8.熱板熔接

熱板熔接是指將要連接的兩塊塑料件的邊放到恒溫器控制的熱板上加熱直至表面熔化,然后采用較小的壓力將軟化了的兩表面壓在一起實現塑料件的連接。另外有一種常用的熱板熱合工藝,首先將需要連接的兩個部件疊放在一起,使用電熱管等途徑使熱合板發熱,熱合板下降至兩部件中的上部件,同時對熱合板施加一定的壓力,熱合板將兩部件接觸區域熔化然后固化連接在一起。

應用:這種工藝主要用于高分子樹脂膜材與塑料件件的密封連接。

9.熱金屬絲焊接

熱金屬絲焊也被稱作電阻焊,使用金屬絲在連接的兩個塑料件之間傳遞熱量使得塑料件表面熔化,并施加一定的壓力而使其連接在一起。

金屬絲放置在要連接零件中的一個表面上,當電流通過金屬絲時,利用他的電阻使金屬絲生熱,并將熱量傳遞給塑料件。焊接完后金屬絲仍留在塑料制品內,而伸出連接處以外的部分在焊接后剪掉。一般會在零件上設計溝槽或其他的定位結構保證金屬絲在合適的位置。

10.膠黏劑連接

膠黏劑就是通過黏合作用,能使被黏物結合在一起的物質。膠黏劑連接即同質或異質物體表面用膠黏劑連接在一起的技術,其中膠黏劑是指通過界面的黏附和內聚等作用,能使兩種或兩種以上的制件或材料連接在一起的天然的或合成的、有機的或無機的一類物質,統稱為膠黏劑,又叫黏合劑,簡稱為膠。

可以粘接塑膠的膠水有很多,主要看牢固度及穩定性,長久不脫膠。在選擇粘塑料膠水之前,需先明確塑料具體材質屬于哪一類。塑料具體材質有很多種,好粘接的有abs、pc等,不好粘有:pp、pe等。難粘塑料需要先上底涂劑,再用膠水粘接。

粘接大面積適合用結構膠,粘接小面積適合快干膠。結構膠強度高、抗剝離、耐沖擊、施工工藝簡便。用于金屬、陶瓷、塑料、橡膠、木材等同種材料或者不同種材料之間的粘接??刹糠执婧附?、鉚接、螺栓連接等傳統連接形式。結合面應力分布均勻,對零件無熱影響和變形。

11.溶劑連接

溶劑溶解塑料表面使塑料表面間材料混合,當溶劑揮發后,就形成了接頭。

12.鉸鏈連接

塑料鉸鏈主要有組合式鉸鏈和整體式鉸鏈兩類。塑料鉸鏈可以有效地減少組件的部件數,是常見的組件活動聯接。使用的形式主要有以下六種。

企口式插銷鉸鏈:在塑件箱或桶的底上設計兩個凹槽,在蓋上設計兩凸耳,裝配時將凸耳嵌入到相對應的凹槽中,然后在側面鉆孔,插入金屬銷釘就構成了鉸鏈聯接。

標準式插銷鉸鏈:塑料件底上有兩個鉤形的凸耳,蓋上有一個鉤形凸耳,裝配時將蓋和底的凸耳相配,然后在凸耳側面鉆孔,插入金屬銷釘即構成了標準式插銷鉸鏈的聯接。

簡易式鉸鏈:塑料箱體上有兩個凸出的鉤,塑料蓋上有一個凸出的鉤,構成了簡易式鉸鏈。

熱封式鉸鏈:塑料件蓋上有芯軸凸耳,底上有兩個開口軸承座式凸耳,裝配時將芯軸嵌入開口軸承座式凸耳中,然后用熱風加熱軸承座式凸耳,使上緣軟化并繞芯軸彎曲,冷卻后芯軸被包圍在軸承座式的凸耳中,構成不可拆卸的熱封式鉸鏈聯接。

整體模塑片狀鉸鏈:塑件上鉸鏈是整體模塑而成。鉸鏈寬度約6.5mm,厚度小于0.5mm,長度按需要而定。兩塑料件通過鉸鏈聯成一整體。

整體壓形鉸鏈:塑件蓋和底整體注射模塑成型后,蓋和底的聯接部分加熱軟化,然后放入壓形模具中壓成雙面帶有弧形的整體鉸鏈,鉸鏈厚度控制在0.25mm~0.4mm。整體壓出的鉸鏈耐撓曲次數少于整體模塑片狀鉸鏈,但是鉸鏈的撕裂強度大。

13.緊固件連接

應用緊固件來連接塑料件,其中有壓入緊固件、自攻螺釘和螺栓連接等。通常所指的壓入緊固件是通過其桿上的某種凸起與塑料空形成干涉配合而連接塑料件的。自攻螺釘是利用自攻的螺紋連接而不用再攻制螺紋孔。

14.雙色注塑

雙色注塑是指將兩種不同的材料注塑到同一套模具,從而實現注塑出由兩種材料形成產品的成型工藝。兩種材料有的是顏色不同的,有的是軟硬不同的,可以提高產品的美觀和裝配等性能。

雙色注塑制品成型時需要一個公模和兩個母模,**次注塑在公模和**個母模里,成型后打開模具,不經過脫模,直接換到第二個母模,進行第二次注塑,脫模后即可得到雙色注塑成品。

15.嵌件模塑成型

嵌件成型指在模具內裝入預先準備的異材質嵌件后注入樹脂,熔融的材料與嵌件接合固化,制成一體化產品的成型工法。其中螺紋嵌件是在塑料件中產生螺紋的主要途徑,這種方式能提供較自攻螺紋**的連接強度。

特點:

1、樹脂的易成型性、彎曲性與金屬的剛性、強度及耐熱性的相互組合補充可結實地制成復雜精巧的金屬塑料一體化產品;

2、多個嵌件的事前成型組合,使得產品單元組合的后工程更合理化;

3、嵌件品不盡限于金屬,也有布、紙、電線、塑料、玻璃、木材、線圏類、電氣零件等多種;

4、嵌件成型利用了樹脂的絕緣性和金屬的導電性的組合,制成的成型品能滿足電氣產品的基本機能。

15.模塑螺紋連接

模塑螺紋連接是指通過注塑模具的設計直接將螺紋在塑料零件上成型,進而實現與其它帶有同樣牙型、公稱直徑等參數的螺紋連接。

塑膠制品上的螺紋分為外螺紋與內螺紋兩種,外螺紋通常采用滑塊來脫模,內螺紋則采用絞牙方式脫模。其中外螺紋結構比較簡單,制品成型后在塑膠制品上會留下分型線痕跡,若分型線痕跡明顯會影響產品外觀和螺紋的配合。其原理是靠斜導柱作用滑開,然后頂針頂出產品。內螺紋模具又可分為:1、強制脫螺紋結構(非旋轉式)。2、非強制脫螺紋(旋轉式)。當前模塑螺紋主要是用在瓶蓋的制作方面。

16.壓力配合

壓力配合也稱作受力配合、干涉配合及收縮配合,將裝配關系屬于過盈配合的軸與孔在一定壓力的作用下裝配在一起,也可以采用對孔加熱以擴大孔或者對軸進行冷卻以縮小軸的尺寸來進行兩個部件間的裝配,裝配后兩件恢復至同溫時而產生過盈配合。它利用被連接塑料件的孔與軸的彈性變形,裝配后能傳遞一定的扭矩或軸向力。

特點:結構簡單、對中性好、承載能力大、對軸及輪轂的強度削弱小、耐沖擊性好。其缺點是對配合面的加工精度要求高,承載能力和裝配產生的應力對實際過盈量很敏感,裝拆不方便。過盈配合連接主要用于軸與轂的連接、輪圈與輪芯的連接以及滾動軸承與軸或軸承座孔的連接等。

17.攻絲螺紋連接

塑料攻絲螺紋連接是指先在塑料件上鉆孔再攻絲以形成螺紋,進而利用該螺紋與其他零件進行連接,該方式和在金屬上類似。

特點:該工藝對塑料零件的形狀沒有任何要求,并通過精密機械工具可以獲得定位**的孔。

18.卡扣連接

卡扣是一種不但方便快捷而且經濟的產品裝配方法,因為卡扣組合在生產成品時同時成型,裝配時無須配合其他如螺絲、介子等緊鎖配件,只要組合的兩扣位點互相配合扣上即可。

卡扣的設計雖可有多種幾何形狀,但其操作原理大致相同:當兩件零件扣上時,其中一件零件的勾形伸出部份被相接零件的凸緣部份推開,直至凸緣部份完結為止;然后,借助塑膠的彈性,勾形伸出部份即時復位,其后面的凹槽亦即時被相接零件的凸緣部份嵌入,此倒扣位置立時形成互相扣著的狀態。

以功能來區分,扣位的設計可分為成**型和可拆卸型兩種。**型扣位的設計方便裝上但不容易拆下,可拆卸型扣位的設計則裝上、拆下均十分方便。其原理是可拆卸型扣位的勾形伸出部份附有適當的導入角及導出角方便扣上及分離的動作,導入角及導出角的大小直接影響扣上及分離時所需的力度,**型的扣位則只有導入角而沒有導出角的設計,所以一經扣上,結合部份就會形成自我鎖上的狀態,不容易拆下。

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