温州市乐伊汽车配件有限公司

冠军,除了做结构设计(铰链、卡扣等)和焊接工艺(激光焊接、摩擦焊等),还有什么已工业化应用的塑胶连接方式?

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塑料因其具有质轻、耐冲击性好、具有较好的透明性、绝缘性好、成型性好、着色性好、加工成本低等诸多优点,被广泛应用于汽车部件、电子电器和工业消费品中。技术工程师及应用开发技术人员经过长期的研究和应用实践,开发出很多不同的塑料连接方式。


1.塑料铆焊接技术


用来连接由不同材料制造的制件,使热固性塑料与热熔性塑料制件间实现相互连接,或使塑料制件与金属连接。

原理:利用模塑件上预留固有的塑料铆柱、肋翼、立筋,对应穿过冲压成形金属板结构上预制孔压紧,金属表面凸出部分铆柱(热桩) 在受控热融软化后再用特制金属成型铆头压紧冷却重新成型并夹紧。


利用特定形状的铆头可以实现塑料铆柱的埋头铆接(齐平铆接)、半球铆接 圆弧翻边铆接立筋肋条状铆接、机械锻压、折边镶嵌包覆等,实现不同材质的材料机械铆合组装在一起的连接方式, 连接部位不易脆化、美观、牢固、密封性好,从而实现结构的最优化设计,充分利用各种材料的机械特性最佳组合,极大地提高整体组件的性能,整体结构耐冲击,从而达到最完美的配合,尤其适合于长期机械振动、环境温度及湿度变化范围大,自然环境极其恶劣的场合。


2.感应加热焊


感应焊接是一门简单、快捷、可靠的塑料焊接技术。该技术是通过感应加热向设计接头精确输出能量,接头处的植入材料选择吸收能量、熔化和流动以填满接头。塑料感应焊接商业应用已有三十多年历史,在焊接压力容器和其它高要求零件(需高强度和外形美观的结构、密封接头)方面获得了持续成功。


特点:感应焊接是一种非常快速(一般3~10s;甚至只1s)和多样化的焊接方法,焊接强度多数情况下都能符合使用要求。缺点是: 焊缝处留有金属品、设备投资高和焊接强度不如其它焊接方法高。


3.热气焊


热气焊是利用焊枪喷出的热空气或氮气对塑料焊件和塑料焊条进行加热,使焊条填充到连接部位后加热连接表面,冷却后形成接头。热气焊在各种塑料焊接方法中,历史最长,应用最广,是“万能焊”。


焊接速度比较慢,需要焊枪、焊嘴、气源、填充焊条。其中焊条的截面形状有多种多样,常见是形状有圆形、矩形、绳形、D形、B形等,直径2~8mm。

热气焊有热气摆动焊、热气嵌入焊、热气搭接焊、热气挤塑焊。热气焊通常温度为200~400℃,流速15~70L/min。典型塑料品种热气焊的温度范围:PVC 210± ;PP 220±20;PMMA 250±10;PC 330±10;POM 230±10。具体准确温度要试焊测试后最终确定。


4.超声波焊


超声波焊接是利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面,在加压的情况下,使两个物体表面相互摩擦而形成分子层之间的熔合。一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器/换能器/变幅杆/焊头三联组/模具和机架。


原理:超声波作用于热塑性的塑料接触面时,会产生每秒几万次的高频振动,这种达到一定振幅的高频振动,通过上焊件把超声能量传送到焊区,由于焊区即两个焊接的交界面处声阻大,因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差,一时还不能及时散发,聚集在焊区,致使两个塑料的接触面迅速熔化,加上一定压力后,使其融合成一体。当超声波停止作用后,让压力持续几秒钟,使其凝固成型,这样就形成一个坚固的分子链,达到焊接的目的,焊接强度能接近于原材料强度。


超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅,所加压力及焊接时间等三个因素,焊接时间和焊头压力是可以调节的,振幅由换能器和变幅杆决定。这三个量相互作用有个适宜值,能量超过适宜值时,塑料的熔解量就大,焊接物易变形;若能量小,则不易焊牢,所加的压力也不能太大。这个最佳压力是焊接部分的边长与边缘每1mm的最佳压力之积。


5.摩擦焊


摩擦焊是利用连接表面相互摩擦生成的热量而实现连接的方法,摩擦焊包括三类:旋转摩擦焊、线性振动摩擦焊和搅拌摩擦焊。

①旋转摩擦焊:被连接件以很高的速度旋转,同时在轴向施加一定的压两个连接表面相互摩擦,停止旋转时,被连接件冷却并形成焊缝。适合于连接硬塑性塑料,连接速很快,被连接件应接近圆柱形,需旋转装置才能施焊。


②线性振动焊摩擦焊:又称振动焊,采用0.5~5MPa的焊接压力将塔接好的焊件压紧,然后一侧的焊件在夹具的带动下以1mm左右的振幅,100~500Hz左右的频率,在平行于焊接界面的方向振动,焊接界面在摩擦和粘性切应力的作用下温度逐渐升高到塑料的熔点以上,熔融的塑料被挤出,振动停止,熔融的焊缝在压力下凝固。可以焊接超声波焊难以焊接的大型塑料焊件;被焊件形状受到限制;需要专用振动焊接设备。


③搅拌摩擦焊:是利用轴待摩擦产生的热量使焊缝塑料进入塑性流动状态,并利用搅拌针搅拌焊缝进入塑性状态的材料,消除原来焊接界面并形成焊缝的焊接方法。只能用于热塑性塑料的焊接,主要适用于大型厚板,接变形量小,设备原理简单,可靠性相对较高,适于批量生产以及焊接精度和外观质量相对较低场合。需要专用设备及复杂的工装夹具。




7.激光焊


最常用的激光焊接形式被称为激光透射焊接,首先将两个待焊接塑料零部件加压力夹在一起,然后将一束短波红外区的激光定向到待粘结的部位。激光束通过上层透光材料,然后被下层材料吸收,激光能量被吸收后转换为热能,由于两层材料被压在一起。热能从吸收层传导到透光层上,使得两层材料熔化并结合。


特点:焊接设备不需要和被粘结的塑料零部件相接触;速度快;设备自动化程度高,很方便的用于复杂塑料零部件加工;不会出现飞边;焊接牢固;可以得到高精度的焊接件;无振动技术;能产生气密性的或者真空密封结构;最小化热损坏和热变形;可以将不同组成或不同颜色的树脂粘结在一起。


应用:当被粘接的塑料零部件是非常精密的材料(如电子元件)或要求无菌环境(如医疗器械和食品包装)时,激光焊接技术就能派上很大用场。激光焊接技术速度快,特别适用于汽车塑料零部件的流水线加工。另外对于那些很难使用其它焊接方法粘接的复杂的几何体,可以考虑使用激光焊接技术。


8.热板熔接


热板熔接是指将要连接的两块塑料件的边放到恒温器控制的热板上加热直至表面熔化,然后采用较小的压力将软化了的两表面压在一起实现塑料件的连接。另外有一种常用的热板热合工艺,首先将需要连接的两个部件叠放在一起,使用电热管等途径使热合板发热,热合板下降至两部件中的上部件,同时对热合板施加一定的压力,热合板将两部件接触区域熔化然后固化连接在一起。

应用:这种工艺主要用于高分子树脂膜材与塑料件件的密封连接。


9.热金属丝焊接


热金属丝焊也被称作电阻焊,使用金属丝在连接的两个塑料件之间传递热量使得塑料件表面熔化,并施加一定的压力而使其连接在一起。

金属丝放置在要连接零件中的一个表面上,当电流通过金属丝时,利用他的电阻使金属丝生热,并将热量传递给塑料件。焊接完后金属丝仍留在塑料制品内,而伸出连接处以外的部分在焊接后剪掉。一般会在零件上设计沟槽或其他的定位结构保证金属丝在合适的位置。


10.胶黏剂连接


胶黏剂就是通过黏合作用,能使被黏物结合在一起的物质。胶黏剂连接即同质或异质物体表面用胶黏剂连接在一起的技术,其中胶黏剂是指通过界面的黏附和内聚等作用,能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起的天然的或合成的、有机的或无机的一类物质,统称为胶黏剂,又叫黏合剂,简称为胶。


可以粘接塑胶的胶水有很多,主要看牢固度及稳定性,长久不脱胶。在选择粘塑料胶水之前,需先明确塑料具体材质属于哪一类。塑料具体材质有很多种,好粘接的有abs、pc等,不好粘有:pp、pe等。难粘塑料需要先上底涂剂,再用胶水粘接。


粘接大面积适合用结构胶,粘接小面积适合快干胶。结构胶强度高、抗剥离、耐冲击、施工工艺简便。用于金属、陶瓷、塑料、橡胶、木材等同种材料或者不同种材料之间的粘接。可部分代替焊接、铆接、螺栓连接等传统连接形式。结合面应力分布均匀,对零件无热影响和变形。


11.溶剂连接


溶剂溶解塑料表面使塑料表面间材料混合,当溶剂挥发后,就形成了接头。


12.铰链连接


塑料铰链主要有组合式铰链和整体式铰链两类。塑料铰链可以有效地减少组件的部件数,是常见的组件活动联接。使用的形式主要有以下六种。



企口式插销铰链:在塑件箱或桶的底上设计两个凹槽,在盖上设计两凸耳,装配时将凸耳嵌入到相对应的凹槽中,然后在侧面钻孔,插入金属销钉就构成了铰链联接。


标准式插销铰链:塑料件底上有两个钩形的凸耳,盖上有一个钩形凸耳,装配时将盖和底的凸耳相配,然后在凸耳侧面钻孔,插入金属销钉即构成了标准式插销铰链的联接。


简易式铰链:塑料箱体上有两个凸出的钩,塑料盖上有一个凸出的钩,构成了简易式铰链。


热封式铰链:塑料件盖上有芯轴凸耳,底上有两个开口轴承座式凸耳,装配时将芯轴嵌入开口轴承座式凸耳中,然后用热风加热轴承座式凸耳,使上缘软化并绕芯轴弯曲,冷却后芯轴被包围在轴承座式的凸耳中,构成不可拆卸的热封式铰链联接。


整体模塑片状铰链:塑件上铰链是整体模塑而成。铰链宽度约6.5mm,厚度小于0.5mm,长度按需要而定。两塑料件通过铰链联成一整体。


整体压形铰链:塑件盖和底整体注射模塑成型后,盖和底的联接部分加热软化,然后放入压形模具中压成双面带有弧形的整体铰链,铰链厚度控制在0.25mm~0.4mm。整体压出的铰链耐挠曲次数少于整体模塑片状铰链,但是铰链的撕裂强度大。


13.紧固件连接


应用紧固件来连接塑料件,其中有压入紧固件、自攻螺钉和螺栓连接等。通常所指的压入紧固件是通过其杆上的某种凸起与塑料空形成干涉配合而连接塑料件的。自攻螺钉是利用自攻的螺纹连接而不用再攻制螺纹孔。



14.双色注塑


双色注塑是指将两种不同的材料注塑到同一套模具,从而实现注塑出由两种材料形成产品的成型工艺。两种材料有的是颜色不同的,有的是软硬不同的,可以提高产品的美观和装配等性能。


双色注塑制品成型时需要一个公模和两个母模,第一次注塑在公模和第一个母模里,成型后打开模具,不经过脱模,直接换到第二个母模,进行第二次注塑,脱模后即可得到双色注塑成品。


15.嵌件模塑成型


嵌件成型指在模具内装入预先准备的异材质嵌件后注入树脂,熔融的材料与嵌件接合固化,制成一体化产品的成型工法。其中螺纹嵌件是在塑料件中产生螺纹的主要途径,这种方式能提供较自攻螺纹更好的连接强度。


特点:

1、树脂的易成型性、弯曲性与金属的刚性、强度及耐热性的相互组合补充可结实地制成复杂精巧的金属塑料一体化产品;

2、多个嵌件的事前成型组合,使得产品单元组合的后工程更合理化;

3、嵌件品不尽限于金属,也有布、纸、电线、塑料、玻璃、木材、线圏类、电气零件等多种;

4、嵌件成型利用了树脂的绝缘性和金属的导电性的组合,制成的成型品能满足电气产品的基本机能。


15.模塑螺纹连接


模塑螺纹连接是指通过注塑模具的设计直接将螺纹在塑料零件上成型,进而实现与其它带有同样牙型、公称直径等参数的螺纹连接。


塑胶制品上的螺纹分为外螺纹与内螺纹两种,外螺纹通常采用滑块来脱模,内螺纹则采用绞牙方式脱模。其中外螺纹结构比较简单,制品成型后在塑胶制品上会留下分型线痕迹,若分型线痕迹明显会影响产品外观和螺纹的配合。其原理是靠斜导柱作用滑开,然后顶针顶出产品。内螺纹模具又可分为:1、强制脱螺纹结构(非旋转式)。2、非强制脱螺纹(旋转式)。当前模塑螺纹主要是用在瓶盖的制作方面。


16.压力配合


压力配合也称作受力配合、干涉配合及收缩配合,将装配关系属于过盈配合的轴与孔在一定压力的作用下装配在一起,也可以采用对孔加热以扩大孔或者对轴进行冷却以缩小轴的尺寸来进行两个部件间的装配,装配后两件恢复至同温时而产生过盈配合。它利用被连接塑料件的孔与轴的弹性变形,装配后能传递一定的扭矩或轴向力。


特点:结构简单、对中性好、承载能力大、对轴及轮毂的强度削弱小、耐冲击性好。其缺点是对配合面的加工精度要求高,承载能力和装配产生的应力对实际过盈量很敏感,装拆不方便。过盈配合连接主要用于轴与毂的连接、轮圈与轮芯的连接以及滚动轴承与轴或轴承座孔的连接等。


17.攻丝螺纹连接


塑料攻丝螺纹连接是指先在塑料件上钻孔再攻丝以形成螺纹,进而利用该螺纹与其他零件进行连接,该方式和在金属上类似。

特点:该工艺对塑料零件的形状没有任何要求,并通过精密机械工具可以获得定位精确的孔。


18.卡扣连接


卡扣是一种不但方便快捷而且经济的产品装配方法,因为卡扣组合在生产成品时同时成型,装配时无须配合其他如螺丝、介子等紧锁配件,只要组合的两扣位点互相配合扣上即可。


卡扣的设计虽可有多种几何形状,但其操作原理大致相同:当两件零件扣上时,其中一件零件的勾形伸出部份被相接零件的凸缘部份推开,直至凸缘部份完结为止;然后,借助塑胶的弹性,勾形伸出部份即时复位,其后面的凹槽亦即时被相接零件的凸缘部份嵌入,此倒扣位置立时形成互相扣着的状态。


以功能来区分,扣位的设计可分为成永久型和可拆卸型两种。永久型扣位的设计方便装上但不容易拆下,可拆卸型扣位的设计则装上、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适当的导入角及导出角方便扣上及分离的动作,导入角及导出角的大小直接影响扣上及分离时所需的力度,永久型的扣位则只有导入角而没有导出角的设计,所以一经扣上,结合部份就会形成自我锁上的状态,不容易拆下。


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