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塑料热板焊接机和红外焊接机有什么区别
 2022年05月15日 |阅读次数:91
塑料热板焊接机和红外线焊接都用于组装塑料零件。在热板焊接中,工具接触零件。在红外线焊接中,它不会。

这两种技术都受益于显着的工艺进步,并且都越来越受欢迎。工具位置、速度、力和加速度的精确控制是提供新水平控制和过程数据采集的改进。此外,随着提供更小、更高效的机器,工程师可以考虑更多实用的选择。


伺服热板焊接机


一段时间以来,红外线焊接一直是一种可行的连接方法。这种方法的非接触前提解决了热板焊接的一个重大挑战——防止塑料粘在热板的表面上。然而,这种好处在某种程度上被其他不太理想的特性所抵消。

这两种工艺通常用于需要高强度或气密密封的组件。当其他连接方法不实用时,它们也可以有效地用于连接具有大型复杂几何形状的零件。此外,这些连接方法非常适合密封内壁和空腔。

热板与红外线

塑料连接有三种主要的传热方式:传导、对流和辐射。热板焊接的主要传热方法是传导,而红外焊接的主要方法是辐射。

塑料热板焊接机焊接过程过程包括三个关键步骤:熔化阶段、开放阶段和密封阶段。

操作顺序是这样进行的:操作员(或自动化机器)将要焊接的组件装载到相对的压板中。在循环开始时,机器在两个压板之间放置一个加热板。然后机器定位压板,使每个部件上的模制焊肋刚好接触加热的压板。这是熔化阶段。

接下来,机器缩回压板,从加热的压板上取出组件。然后机器缩回加热的压板。这是开放阶段。

在密封阶段,机器启动压板,将每个部件上的两个半熔肋相互推靠在一起,形成实际的焊缝。当塑料冷却并重新凝固时,连接的组件会从模具上卸下。

红外焊接周期类似。它包括与热板焊接相同的基本步骤。一个很大的区别是在熔化阶段,塑料部件和加热板上的红外发射器之间没有接触。

热板加热理论

传导是热板焊接中传热的主要方法。热量从加热的压板直接传导到焊肋。从零件表面,它继续传导并“渗入”到肋的更深处。适量的热量浸入焊肋对于实现高粘合强度和紧密的气密密封至关重要。目标是优化热浸泡时间。这将有助于确保当两个加热组件在密封阶段放在一起时,两个相对表面上的热软化材料的深度。

这种组合深度称为热影响区 (HAZ),实际上可以在放大镜下测量。如果HAZ太小,说明半熔融材料发生了过度位移,可能导致焊缝薄弱,密封性差。如果 HAZ 太大,那么很可能在密封阶段施加的压力不足,并且焊接会很差。

红外线加热理论

焊肋表面的红外线加热是通过辐射实现的。红外源发射能量光波,在表面被组件吸收。塑料本身内部的传导现在将热量散布到整个肋骨。

一个关键参数是加热速率。热塑性材料在加热时会熔化并回流。如果加热过快,则存在材料降解、燃烧或炭化的风险。许多树脂会迅速吸收初始红外能量,但大多数树脂不会很快地进行表面加热。然而,就像热板焊接一样,仍然需要在焊肋中实现足够的加热深度,以执行稳健的焊接过程。

材料吸收红外辐射热的速率由三个特性表征:吸收率、透射率和反射率。这些材料特性受材料类型、颜色、填料和其他因素的影响。此外,红外发射器的发射率(其发射辐射的能力)也有助于辐射传热的有效性并影响加热速率。

红外光到达被加热表面时的密度也会影响加热速率。该密度受发射器和加热表面之间的距离以及红外能量如何聚焦的影响。

简而言之,有许多因素会影响塑料吸收红外能量的速度。关键是控制这种加热速率以避免材料降解。例如,具有高百分比玻璃填料的不透明黑色材料会以非常高的速率吸收辐射能,但不会像积极地传导该表面加热。因此,外表面可能容易过热。在光谱的另一边,没有填料的白色材料可能更有效地传导表面加热,但它不会快速吸收初始红外能量。它不会有太大的过热风险,但整体循环时间可能会更长。


管件对焊热熔焊接机


材料位移比较

热板焊接和红外焊接的另一个很大区别是焊接周期中材料的位移。在本次讨论中,位移被定义为任何材料从其在熔肋处的原始位置移动到另一个位置(飞边)。

在热板焊接中,热板与塑料部件上的焊肋之间存在物理接触。结果,模制的焊肋发生了位移。当冲压模具使焊肋表面与加热模具紧密接触时,材料会发生位移——这是一件好事。在此过程中,焊肋符合加热的工具表面,应精确加工以匹配零件。这确保了焊肋表面在被充分加热的同时精确地形成设计。

在熔化循环期间,这种位移同时发生在两个组件上,从而形成匹配的焊肋表面。这种精确的接触和相关的材料位移是热板焊接过程的一个重要元素,因为它可以防止与典型的成型不一致相关的一些问题。因为表面彼此均匀,所以当在密封阶段施加焊接压力时,它会沿着焊肋的整个长度均匀地施加。平衡的焊接压力对于创建高强度、紧密密封的焊缝,同时置换少的材料是必不可少的。

在红外线焊接中,焊条与红外线发射器之间没有接触。因此,没有受控的材料位移来纠正焊肋中的不一致。出于这个原因,重要的是在成型过程中精确控制两个成型部件的尺寸,以实现“设计”的表面。

当用红外线焊接工艺组装成型的焊肋表面时,红外线发射器与焊肋表面的位置和距离变得特别重要。为确保均匀加热并以小的塑性位移实现稳健的工艺,必须严格评估工具设计并证明其能够均匀地加热轮廓表面。如果在熔化阶段发生不均匀加热,则在密封阶段可能会通过焊接接头施加不均匀的压力。这可能导致焊接质量差。

敏感的内部组件

产品设计人员可以巧妙地固定待焊接组件内的子组件和内部设备。无论这些内部设备是电池、PCB、阀门、过滤器、O 型圈还是 LED 灯,工程师都应注意焊接过程产生的能量不会损坏它们。

在热板焊接中,暴露于热板的持续时间非常有限,但需要评估热源与子组件的接近程度。红外焊接将组件长时间暴露在高能辐射下。这种暴露可能会造成问题并损坏这些部件。可能需要使用工具来掩盖或屏蔽易受攻击的子组件免受红外能量的影响。

无论使用哪种方法,模拟热能和暴露持续时间都应该相对容易执行,强烈建议进行此测试。

加热工具挑战

红外焊接完全消除了加热工具磨损、塑料粘在加热工具上以及树脂在加热工具上堆积的挑战。红外线发射器和焊肋之间没有接触,消除了半熔融塑料磨损、粘在工具上或在工具上堆积的可能性。

耐用防粘涂层的进步大大减少了热板焊接的大部分问题。但是,即使使用高性能材料和涂层,工具涂层也必须被视为需要服务和维护的项目。

热板焊接中伺服控制压板的出现也有助于解决粘着问题。通过伺服控制,压板可以以高加速度从加热板中取出组件。这可以减少或消除熔化阶段材料在加热板上的粘附和堆积。

成本比较

两种技术除了处理上的差异外,还有运营和维护成本的差异。

红外焊接机在熔化阶段消耗大量功率。然而,红外发射器在整个过程的其余部分都被关闭。因此,机器整体消耗的功率更少。塑料热板焊接机消耗更高的功率,因为在整个生产过程中,加热板必须保持在设定的温度。此外,在生产班次开始时需要对压板进行预热。

由于材料吸收辐射的速度及其将热量传导到焊肋深处的能力,红外线焊接的周期时间明显更长。红外焊接的典型循环时间为 20 到 60 秒。另一方面,由于传导热传递的速度和效率,热板焊接循环时间可以显着缩短。热板焊接的典型循环时间从 8 秒到 30 秒不等。

两种工艺的资本设备成本相当可比。根据所用发射器的类型,红外焊接设备的工具可能更昂贵——可能比热板焊接高出 30% 到 40%。但是,这高度依赖于应用程序。工具的尺寸和几何形状都是因素。

至于维护,在典型安装中,红外发射器必须每隔几年更换一次,而且它们可能非常昂贵,即使对于标准发射器也是如此。定制发射器的成本更高。更重要的是,它们可能需要很长时间才能更换,因此需要库存昂贵的备件。

用于塑料热板焊接机的筒式加热器也需要更换,但它们比红外线发射器更坚固且更便宜。加热板上的不粘涂层的寿命和耐用性是有限的,这些工具必须偶尔剥离和重新涂层。如果加热压板是定制的或容易出现高磨损,工程师将明智地固定备用工具。

塑料热板焊接机和红外焊接机哪个好?

红外焊接和塑料热板焊接机都是可行的、稳健的工艺,具有不同的优点和缺点。与所有塑料连接挑战一样,应用的独特特性和要求应推动工艺选择。我们强烈鼓励公司与具有适当测试和经验丰富的应用实验室能力的设备供应商合作,生产相关的焊接样品进行评估。在选择工艺时,必须评估强度、飞边控制、周期时间和整体生产稳健性等关键要素。结果应该指向一种焊接工艺而不是另一种。