高頻焊接設(shè)備：“C”形壓力機，“橋”形壓力機http://www.lyjingtong.com/

1 概述

在塑料制品的生產(chǎn)過程中使用了各種不同類型的機械設(shè)備。一般來說，這些設(shè)備可以分為以下幾類：

(a) 用于射頻高頻焊接前的材料準(zhǔn)備，例如切割機、切紙機、切板機、剪切機等。 (b) 射頻高頻焊接機 (c) 產(chǎn)品的組裝和加工，例如撕裂密封剝離器、鉚接機、印刷機、按扣縫紉機等。

除了射頻高頻焊接機之外，其他類型的機械設(shè)備超出了本手冊的范圍，但要記住許多機械設(shè)備可用于制造含有焊接塑料零件的產(chǎn)品。

2 高頻焊接機

射頻高頻焊接機器的應(yīng)用非常廣泛。這些機器可用于生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品，從鑰匙掛件等小型物品到汽車零部件等較大物品。為了生產(chǎn)如此廣泛的產(chǎn)品，存在許多不同類型的射頻高頻焊接機器。

影響所需機器類型的不僅是所生產(chǎn)零部件的尺寸，還有所生產(chǎn)零部件的類型。例如，簡單的產(chǎn)品可能只需要將兩個工件焊接在一起。而其他零部件則需要在焊接前進(jìn)行組裝，焊接后進(jìn)行加工。這些因素都會影響機器的設(shè)計。

3 主要組件

所有的高頻焊接機器都包含以下四個主要的基本組件:

(a) 高頻發(fā)生器

(b) 壓力系統(tǒng)

(c) 工件處理機構(gòu)

(d) 控制系統(tǒng)

3.1 高頻發(fā)生器

射頻高頻發(fā)生器產(chǎn)生進(jìn)行焊接過程所需的高頻電能。在小型機器中，發(fā)生器通常集成在機器外殼內(nèi)，而在較大的機器中，發(fā)生器是一個獨立的設(shè)備，位于機器旁邊。

輸出頻率通常為27.12 MHz，并保持在+0.6%范圍內(nèi)。

最大輸出功率因機器而異，取決于要焊接的材料類型、材料厚度和所需焊縫的面積。對于任何機器，最大功率輸出以瓦特或千瓦特為單位，被稱為機器的額定功率，是機器規(guī)格中最重要的項目之一。機器的額定功率從幾百瓦到數(shù)十千瓦不等。

輸出功率水平可以調(diào)整以適應(yīng)焊接所需的條件。輸出功率的可視指示由面板儀表提供，通常是移動線圈型。通過觀察該儀表，可以監(jiān)控焊接的進(jìn)程。

發(fā)生器的輸出階段采用熱電子管。盡管半導(dǎo)體器件在低功率范圍內(nèi)可以提供所需的輸出功率，但電子管更加耐用，能夠承受焊接過程中的不穩(wěn)定負(fù)載。電子管會隨著時間和使用而逐漸衰減，并在長時間使用后需要更換（通常是幾年一次）。

3.2 壓力機

壓力機提供了在施加射頻高頻功率時將焊接工具壓在工作材料上的手段，以及隨后必要的冷卻時間。

腳踏式焊接機通常采用下沖式壓力機，具有多功能的工具夾持裝置，可以將工具壓在放置在堅固金屬工作臺上的工作材料上，該工作臺通常稱為平板。

較大的機器可能會提供一個“上”平板，用于放置大型工具，利用該平板的強度，在將其壓到工作材料上時防止變形。

有兩種主要類型的壓力機，一種是“C”形壓力機，另一種是“橋”形壓力機。

C型壓力機 - 壓力機的側(cè)視圖類似于字母“C”。這種結(jié)構(gòu)方法需要使用相對較重的鑄件。由于壓力機的機身位于機器的后部，因此在平板之間的工作區(qū)域是不受阻礙的。射頻功率從壓力機的中心供給到上電極。這種類型的壓力機用于從小型腳踏式型號到能夠施加數(shù)噸力的動力壓力機的機器中。

橋式壓力機 - 壓力機采用工作區(qū)域兩側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)，上平板從支撐結(jié)構(gòu)之間的“跨度”操作。這種結(jié)構(gòu)方法使用相對輕量的部件提供了堅固且對稱的壓力機。這種類型的壓力機的可訪問性僅限于兩側(cè)支撐結(jié)構(gòu)之間的前后部分。射頻功率可以從“橋”兩側(cè)供給，或從頂部中央供給，以實現(xiàn)工具的射頻場均勻分布。

3.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的目的是確保機器可以高效且安全地啟動、操作和停止。控制系統(tǒng)范圍從小型機器上的簡單機械和電氣控制到大型復(fù)雜機器上的全面機器和工藝自動化。可以控制的功能包括：

a) 在必要的“安全”互鎖條件下啟動機器。

b) 監(jiān)控和調(diào)整工藝參數(shù)：

  (i) 焊接壓力和壓力機行程。

  (ii) 向工件輸入射頻高頻功率，即焊接循環(huán)的加熱階段。

  (iii) 控制加熱和冷卻階段的時間。

  (iv) 操作工件處理系統(tǒng)。

c) 在緊急情況或潛在危險情況下停止機器，例如操作員試圖在沒有安全防護的情況下使用機器。

d) 監(jiān)測射頻高頻功率，以便檢測是否有電弧，并關(guān)閉發(fā)電機以限制電弧的影響。

e) 在檢測到電氣過載時，通過切斷電源來保護電動機和其他電氣元件。

現(xiàn)代機器采用了復(fù)雜的控制系統(tǒng)，使用先進(jìn)的軟件控制設(shè)備，例如微處理器和可編程邏輯控制器（PLC）。這些設(shè)備能夠準(zhǔn)確地實現(xiàn)控制功能，并具有良好的重復(fù)性。

3.4 處理機制

處理機構(gòu)將工件送入壓力機，然后將它們定位在壓力機下進(jìn)行焊接。焊接完成后，工件被取出。處理機制有幾種類型：

手動

在小型機器上，例如腳踏式機器，工件是通過手工送入壓力機、定位焊接并手動取出的。

線性

傳送帶系統(tǒng)將工件材料送入壓力機。傳送帶停下來將工件正確定位以進(jìn)行焊接（這稱為“分步定位”），然后將工件從壓力機取出。當(dāng)線性定位機正確調(diào)整后，操作員只需監(jiān)測焊接質(zhì)量，確保有足夠的工件材料供應(yīng)，并取出成品。

旋轉(zhuǎn)式

圓形轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)定位工件。這允許操作員在多個工作站上在焊接前組裝工件，并取出焊接后的工件。旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的工作站數(shù)量取決于工件的復(fù)雜性和后續(xù)加工的數(shù)量。

軌道式

當(dāng)工件過大無法放入固定的機器時，例如帆布、游泳池襯里等，會使用軌道處理機制。在這種類型的機器中，工件保持靜止，焊接壓力機沿軌道移動以進(jìn)行重復(fù)的焊接。

除上述處理機制外，一些機器（例如線性和旋轉(zhuǎn)式）可以配備“定位組件”。這些組件使用氣動控制的吸盤，自動從堆疊中拾取零件，然后放置在工作臺上準(zhǔn)備焊接。定位組件可以處理PVC等工件。

4 機器類型

4.1 腳踏式

典型的腳踏式機器如圖3-1所示。工件被放置在形成工作臺的下壓板上。通過踩踏腳踏板，將焊接工具與工件接觸。

迅準(zhǔn)壓力機

4.2 卷料直線式

典型簡單的卷料直線式機器如圖3-2所示。工件材料從安裝在卷筒軸上的卷料中供給。輸送帶將工件材料和隔離材料通過機器，每個工件都會停止索引以進(jìn)行焊接。焊接完成后，工件可以批量取出進(jìn)行后續(xù)處理，例如剝離等。

迅準(zhǔn)壓力機

卷料直線式機器的特殊版本可能會更加復(fù)雜。例如，用于生產(chǎn)文具文件夾的機器可以執(zhí)行以下操作：

(a) 從卷料中自動調(diào)整卷張力，供給上下工件材料。

(b) 將灰板置于兩個工件層之間。

(c) 在組裝好的工件上方放置一張透明PVC封面。

(d) 對組裝好的零部件進(jìn)行焊接。

(e) 在文件夾的書脊上放置一個袋子，然后將其焊接到書脊上。

(f) 剝離焊接好的文件夾多余材料。

(g) 將剝離后的文件夾堆放在輸送帶上。

這種類型的自動化機器價格昂貴，并且設(shè)置生產(chǎn)線通常需要一到兩個小時。因此，為了經(jīng)濟運作，這種機器通常只在生產(chǎn)1000個或更多文件夾的批量時使用。

4.3 旋轉(zhuǎn)式

轉(zhuǎn)盤機如圖3-3所示。這種機器采用圓形轉(zhuǎn)盤，上面有多個工作站。操作員可以在每個工作站上進(jìn)行組裝或剝離工件。當(dāng)一個工件被組裝好后，整個轉(zhuǎn)盤會旋轉(zhuǎn)，然后對工件進(jìn)行焊接。焊接完成后，轉(zhuǎn)盤再次旋轉(zhuǎn)，然后將工件剝離。

迅準(zhǔn)壓力機

4.4 穿梭式

典型的左右移動式穿梭操作機器如圖3-4所示。下部平臺由兩個連動的穿梭托盤組成。工件在穿梭托盤中準(zhǔn)備好進(jìn)行焊接。一個托盤被移出焊接頭的范圍，另一個托盤被移到焊接頭下方。這種類型的機器可以讓兩名操作員只使用一個焊接頭來準(zhǔn)備和完成產(chǎn)品。

迅準(zhǔn)壓力機

這種機器的另一個版本是上下移動式穿梭，其中兩個托盤上下排列。這允許操作員在一個托盤上準(zhǔn)備和完成產(chǎn)品，同時另一個托盤在焊接頭下方。

如果配備了自動調(diào)諧功能以允許每個托盤獨立裝載，并且電極安裝在托盤中，可以在交替周期中在每個托盤中制造不同的產(chǎn)品。

5 工裝

工裝是機器的一部分，它被壓在工件上進(jìn)行焊接。下面是一個典型的簡單工裝組件示例。這種類型的工裝被射頻高頻焊接行業(yè)廣泛用于生產(chǎn)小型物品，例如文具夾，演示文件夾等。

工裝通常固定在機器的上部平臺上。然而，如果工件的構(gòu)造要求如此，工裝可以固定在下部平臺或托盤中。

5.1 工裝組件

如圖3-5所示，工裝組件由一個工裝平板組成，它上面安裝了一條形狀的焊接規(guī)則條，支撐著長度的鋁固定支架。焊接規(guī)則條所圍成的區(qū)域填充有填充物。

迅準(zhǔn)壓力機

工裝平板由鋁板制成，必須足夠堅固，以在焊接過程中承受施加的壓力而不發(fā)生變形。對于上述小型工裝組件，通常使用3毫米的鋁板。工裝平板上有幾個固定孔，使其可以螺栓固定在平板上。

5.2 焊接尺

焊接尺由黃銅條制成，提供多種不同的橫截面輪廓，以實現(xiàn)各種類型的焊接。如圖3-6所示，焊接尺主要分為兩類。

迅準(zhǔn)壓力機

a) 平縫焊接 - 如圖3-6（a）所示，采用平坦的輪廓將兩層或更多層的工件材料焊接在一起。這種焊接方式常用于制作褶皺，例如當(dāng)成品需要能夠彎曲時，同時還可通過在輪廓的表面加工出圖案來制作裝飾面板。

b) 撕裂焊接 - 如圖3-6（b）所示，采用尖銳的輪廓高度壓縮加熱后的工件材料。焊接后，形成的焊縫非常薄，以至于可以撕開，從而使工件與周圍材料分離。

請注意，撕裂焊縫的邊緣是尖銳的，類似于刀刃，如果允許它與下部平板過于接近，存在引發(fā)電弧和損壞邊緣的風(fēng)險。此外，如果邊緣觸碰到下部平板，它將變得鈍化。為消除這些風(fēng)險，工件與下部平板之間放置了一層隔離材料。除了具有保護作用外，隔離材料還起到隔熱作用，減少了工件的熱損失，從而提高了焊接過程的效率。

常見的焊接尺是平縫和撕裂輪廓的組合，如圖3-6（c）所示。這樣可在平縫焊縫旁邊得到一個撕裂焊縫，為工件提供一個可從周圍材料中剝離的“整潔”邊緣，如圖3-6（d）所示。

典型撕裂焊接工藝的一個示例是焊接兩層PVC，每層厚度為350微米。在撕裂焊縫的平縫焊接部分，將兩層壓縮為與單層厚度相等的組合厚度，即在此例中為350微米。

壓縮區(qū)域焊接厚度與原始層組合厚度的比值稱為焊接差異，并由焊接尺的設(shè)計確定。這個比值是平縫焊縫輪廓的“高度”與撕裂邊緣的高度之間的比值。

實際上，焊接差異設(shè)置在約50%至66%的范圍內(nèi)。這個比值是一個近似值，并取決于要焊接的材料。

在焊接區(qū)域涉及到焊接層數(shù)的變化時，可以使用分段式焊接差異，以確保焊接區(qū)域的厚度是均勻的。另外，還可以使用傾斜式差異，即隨著焊接層數(shù)的增加/減少逐漸改變（錐形），這取決于產(chǎn)品的類型和所需的表面效果。選擇使用分段式還是傾斜式差異取決于產(chǎn)品的類型和所需的表面效果。

請注意，焊接尺的內(nèi)側(cè)邊緣必須是圓形的。如果它們是方形的，在焊接過程中當(dāng)PVC被拉緊時，它們可能會切入PVC，導(dǎo)致PVC破裂，可能會在焊接過程中產(chǎn)生閃光。

5.3 包裝材料

在一些產(chǎn)品（如活頁夾）中，焊接規(guī)則所圍成的工具區(qū)域填充了泡沫包裝材料。包裝材料的目的是在焊接過程中支撐工件，以確保：

(a) 在完成焊接前，所有工件之間的空氣被排出。

(b) 將靠近焊縫的工件區(qū)域牢固地固定在一起，以防止分裂。

為了為工件提供最大的支撐，包裝材料應(yīng)填滿焊接規(guī)則所圍成的區(qū)域，但實際上不應(yīng)與焊接規(guī)則的輪廓接觸。實際上，包裝材料的頂部應(yīng)稍微高于焊接規(guī)則的頂部，并且包裝材料的邊緣與焊接尺之間的間隙在任何地方都不應(yīng)超過0.5毫米。

請注意，對于其他一些應(yīng)用，需要支撐（但不需要泡沫材料提供的壓縮），會使用其他類型的包裝材料，例如Acetol或Tufnol。

6 焊接前的準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行焊接之前，必須對工件材料和待插入的零件進(jìn)行準(zhǔn)備和組裝。所使用的實際程序取決于焊接工藝的類型，但在制造文具類產(chǎn)品，如活頁夾、板夾等時，通常的步驟如下：

1）PVC片材通常以卷裝供應(yīng)，需進(jìn)行分條和切割，以生產(chǎn)出工件板。卷材被送入一個裝有多個與材料行進(jìn)方向平行的刀片的切條機。當(dāng)材料經(jīng)過刀片時，會被切割成適合焊接工藝的正確寬度的條狀。在分條后，材料在切割機上被切成所需的長度。這兩個操作可以由一個鑲板機依次完成。

2）要插入的灰板在切割機上被剪切至合適尺寸，并將最終產(chǎn)品外緣的角部做成圓角。注意：在切割和焊接之間要留出足夠的時間，以便PVC能夠收縮。

3）PVC工件和灰板插入件在工作臺上進(jìn)行組裝和對齊，以備進(jìn)行焊接。

正確對齊工件和插入件，確保焊接在所需位置進(jìn)行，以適應(yīng)插入件的位置。如果需要進(jìn)行多次焊接操作，則所有后續(xù)操作都必須使用相同的對齊基準(zhǔn)。

實際的對齊是通過在工作臺上使用對齊邊緣和夾具來實現(xiàn)的。

文具活頁夾制造中使用的簡單對齊裝置如圖3-7所示。對齊邊緣用于定位工件，而夾具則用于定位構(gòu)成活頁夾封面加強板和脊線的三塊灰板。

迅準(zhǔn)壓力機

這個夾具由一對鉸接在一起的條桿組成，通常使用24英寸長的焊接規(guī)條鉸接在一起形成夾具。其中一根條桿固定在工作臺上，另一根條桿上鉆有一系列螺紋定位孔，使得可滑動對準(zhǔn)指示器可以沿著條桿的任意位置進(jìn)行定位。一旦夾具為當(dāng)前任務(wù)設(shè)置完畢，使用方法如下：

1. 將鉸接條桿翻開，使其遠(yuǎn)離工作區(qū)域。

2. 將下層工件放在工作臺上，并靠著對準(zhǔn)邊緣。

3. 將鉸接條桿翻到下層工件上方。

4. 用對準(zhǔn)指示器將三塊灰板對準(zhǔn)。

5. 將鉸接條桿翻開，使其遠(yuǎn)離工件。

6. 將上層工件放在工作臺上，并靠著對準(zhǔn)邊緣。

7. 進(jìn)行焊接操作。

類似所示的夾具可以構(gòu)建用于對位距離工件較遠(yuǎn)的組件。對于短期生產(chǎn)批次，可以使用紙板制作臨時夾具，并使用膠帶作為鉸鏈。

注意，靠近電極的金屬夾具會吸收高頻能量。當(dāng)高頻焊接機靠近其最大額定功率運行時，這種吸收可能足以降低焊接質(zhì)量。在這種情況下，應(yīng)考慮使用非金屬材料制作夾具。