塑料激光焊接Tips:常见设计错误 & 零件表面处理

1. 一般设计准则

对于激光焊接,两个塑料零件需要相互平放。激光束必须穿过透射层到达焊缝区域,且激光束不能被遮挡、反射、折射或者衰减。

塑料激光焊接Tips:常见设计错误 & 零件表面处理

焊接筋最好设计在下方零件上,且具有矩形截面。这样在预装配时,两个零件的表面是相互平行。不建议使用超声波焊接筋设计的三角或者梯形截面。

对于外观件,为了防止溢料可见,需要设计挡料槽。例如在上方零件上设计相应的凹槽。

塑料激光焊接Tips:常见设计错误 & 零件表面处理

塑料激光焊接Tips:常见设计错误 & 零件表面处理

对于周向焊接,必须在两个圆柱部分之间设计过盈配合,因为不可能进行外部治具夹紧粘接。

塑料激光焊接Tips:常见设计错误 & 零件表面处理

2. 常见错误设计

2.1 结构设计

采用激光焊接,考虑到激光束的光学特性,应避免一些常见的错误设计。

塑料激光焊接Tips:常见设计错误 & 零件表面处理

Shadowing 遮挡;Angled Surface 斜面;Curved Surface 曲面;Tilted Surface 倾斜表面。

对于上方的透射件,应在焊缝上方设计平坦的表面,且无特殊的几何形状。理想情况下,激光束应大致垂直于组件。或者可以倾斜一个小角度(<15°)。如果倾斜角过大,传输的激光功率会因散射而降低。

塑料激光焊接Tips:常见设计错误 & 零件表面处理

还需要考虑激光束在照射时,应避免零件或者治具压板凸起结构,部分或者完全遮挡激光束。

2.2 注塑模具设计

设计注射模具时,不应在焊缝位置设计注射点和顶针位置。这些特征容易导致塑料焊接表面不规则和不均匀,影响焊接结果。

2.3 塑料零件变形

在设计和制造阶段,需要避免零件可能发生的弯曲和翘曲。如果零件变形太大,组件将无法装配或者出现较大的间隙。

在某些情况下,通过治具压紧可以将零件压回其原始形状以进行焊接。但是,零件内部会形成很大的内应力,这可能导致焊缝再次破裂。对于带有加强筋的零件,这一点尤其要小心。

3. 塑料件表面处理对焊接的影响

塑料零件的表面处理,大多数情况下是阻碍其焊接。

表面喷涂例如油漆,抗磨涂层或金属化之类的涂层,在焊接中起到隔离层的作用,即阻碍上下塑料件熔体混合。冷却后,上下件之间稍有粘接,但并未形成牢固的焊接接头。

在这种情况下,焊缝区域必须保持清洁无涂层。因此,需要在喷涂工艺中,限制喷涂位置或者对焊缝区域覆盖进行保护。

塑料激光焊接Tips:常见设计错误 & 零件表面处理

若采用准同步或者同步焊接工艺时,焊接筋通过熔化塌陷,可以破坏表面隔离层,使得上下件再次发生焊接。但是,焊接过程的重复性和稳定性需要验证和评估。

因此,如果处理后表面涂层不熔化,从而起到分离层的作用,则可焊性会受到负面影响。有时可以通过表面处理,使得两种原本不相容的塑料产生化学键,则此时涂层有助于其可焊性。

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