Пластмассы широко используются в медицинских приборах, автомобилях и товарах повседневного спроса благодаря своим многочисленным преимуществам, включая легкий вес, хорошую ударопрочность, хорошую прозрачность, хорошую изоляцию, хорошую формуемость, хорошую окрашиваемость и низкую стоимость обработки. С тех пор как древние люди пытались прикрепить копья к ветвям, сборка стала важнейшей областью человеческой деятельности, и конечные характеристики пластиковых деталей во многом зависят от способов соединения между ними. Ученые и инженеры разработали множество различных методов соединения пластиков в результате многолетних-исследований и практики.
В этой статье представлено краткое введение в эти технологии пластиковых соединений, в надежде дать рекомендации проектировщикам в смежных областях при выборе методов пластиковых соединений.
1. Клеевое соединение
Клеевое соединение — это метод соединения поверхностей однородных или разнородных объектов с помощью клея. Клеи — это натуральные или синтетические, органические или неорганические вещества, которые могут скреплять вместе две или более частей или материалов посредством межфазной адгезии и сцепления. Их все вместе называют клеями, связующими веществами и обычно сокращают до клея. Короче говоря, клеи — это вещества, которые связывают материалы вместе посредством склеивания.
2. Склеивание растворителем
Это относится к процессу, при котором растворитель растворяет пластиковую поверхность, вызывая смешивание материалов. При испарении растворителя образуется соединение.
3. Приклеивание крепежа
Под склеиванием крепежных деталей подразумевается использование крепежных изделий для соединения пластиковых деталей, в том числе запрессованных-застежек, саморезов-винтов и болтов. Крепежи с прессовой посадкой-обычно соединяют пластиковые детали, создавая посадку с натягом между выступом на их хвостовике и отверстием в пластике. Саморезы-нарезают саморезы-для соединения без сверления отверстия.
4. Шарнирное соединение
Пластиковые петли можно разделить на три типа: встроенные петли из одной-части, встроенные петли из двух-частей и комбинированные-петли, состоящие из нескольких частей. Цельные-интегрированные петли образуются путем формования двух частей как единого целого, без необходимости использования каких-либо дополнительных компонентов. Двухкомпонентные встроенные петли-изготавливаются путем формования двух отдельных пластиковых деталей и их последующей сборки вместе. Многокомпонентные комбинированные петли-помимо изготовления двух отдельных пластиковых деталей требуют дополнительных компонентов, таких как стержни или металлические детали петель. Его преимущества включают повторяемость открытия и закрытия, а встроенные петли обычно располагаются внутри или рядом с внутренней частью коробки, что позволяет уменьшить общий размер деталей. К недостаткам относятся высокие требования к точности формования, как правило, сложные формы, а также необходимость большого опыта разработки рациональной конструкции подвижного шарнира.
5. Вставка молдинга
Формование вставок — это процесс формования, при котором предварительно-подготовленная вставка из другого материала вставляется в литьевую форму с последующим впрыскиванием смолы. Расплавленный материал связывается со вставкой и затвердевает, образуя цельное изделие. Резьбовые вставки – это основной метод создания резьбы в пластиковых деталях, обеспечивающий лучшую прочность соединения, чем саморезы-. Вставки не ограничиваются металлом; они также могут быть изготовлены из ткани, бумаги, проволоки, пластика, стекла, дерева, катушек, электрических компонентов и многого другого. При формовании вставок используется сочетание изоляционных свойств смолы и проводящих свойств металла для создания формованных изделий, отвечающих основным функциям электротехнических изделий. Декорирование в-форме (IMD) – это популярная международная технология декорирования поверхностей. Он широко используется в декоративных и функциональных панелях управления бытовой техникой, автомобильных приборных панелях, панелях кондиционирования воздуха, корпусах/линзах мобильных телефонов, стиральных машинах, холодильниках и т. д. IMD предполагает помещение предварительно-декоративного листа с печатью в литьевую форму, затем инъекцию смолы на обратную сторону листа, что позволяет смоле сцепиться с листом и затвердеть.
Основным преимуществом формования вставок является сочетание простоты формования и гибкости смолы с жесткостью, прочностью и термостойкостью металла, что позволяет создавать надежные и сложные изделия из металлопластика.
6. Многокомпонентное-формование
Литье нескольких-деталей, также известное как литье под давлением двух-цветов, – это метод формования, при котором в одну и ту же форму впрыскиваются два пластика разного цвета. Он позволяет использовать два разных цвета в формованной детали и создавать регулярные узоры или неравномерные облачные-дизайны, улучшая как практичность, так и эстетику детали.
На диаграмме ниже показан принцип литья под давлением двух-цветов. В нем используются два цилиндра, каждый из которых имеет ту же конструкцию и принцип работы, что и стандартный цилиндр для литья под давлением. Каждый ствол имеет свой канал, соединяющийся с соплом, а в канале сопла установлен двухпозиционный клапан. Во время формования, после того как расплавленный материал пластифицируется в цилиндре, двухпозиционный клапан контролирует порядок, в котором расплавленный материал поступает в сопло, и долю выпускаемого материала перед его впрыском в полость формы. В результате получаются различные пластиковые изделия с разными эффектами смешивания цветов.
7. Литые резьбовые соединения.
Литые резьбовые соединения подразумевают непосредственное формование резьбы на пластмассовых деталях посредством конструкции литьевой формы, тем самым достигая соединений с другими резьбами, имеющими тот же профиль зуба, номинальный диаметр и другие параметры.
Резьба на пластиковых изделиях делится на наружную и внутреннюю. Наружную резьбу обычно извлекают с помощью ползуна, а внутреннюю резьбу - методом резьбового соединения. Внешняя резьба имеет более простое строение, но после формовки на пластиковом изделии остаются линии разъема. Если линии пробора очевидны, они повлияют на внешний вид изделия и посадку ниток. Принцип заключается в том, что наклонная направляющая открывается, а затем выталкиватель выталкивает продукт. Формы с внутренней резьбой можно дополнительно разделить на: 1. Конструкция с принудительным нарезанием резьбы (не-вращательная). 2. Не-принудительная нарезка резьбы (вращательная). В настоящее время формованные нити в основном используются при изготовлении крышек для бутылок.
8. Нарезание резьбового соединения
Соединение с пластиковой резьбой подразумевает сверление отверстий в пластиковой детали и последующее нарезание резьбы для образования резьбы, которая затем используется для соединения с другими деталями. Этот метод аналогичен тому, который используется для металлических деталей.
Его преимущества: этот процесс не предъявляет требований к форме пластиковой детали, а точные позиционирующие отверстия можно получить с помощью прецизионных механических инструментов.
9. Посадка под давлением
Посадка под давлением, также известная как посадка с усилием, посадка с натягом и посадка с усадкой, включает сборку вала и отверстия с посадкой с натягом под определенным давлением. Альтернативно, отверстие можно увеличить, нагрев его, или уменьшить вал, охладив его. После сборки две детали возвращаются к одной и той же температуре, что приводит к посадке с натягом. Он использует упругую деформацию отверстия и вала в соединенных пластиковых деталях для передачи определенного крутящего момента или осевой силы после сборки.. 10. Защелкивающееся-соединение.
Защелкивающиеся-соединения – это механизмы, используемые для блокировки или фиксации одной детали к другой, обычно используемые для соединения пластиковых деталей. Материал обычно представляет собой гибкий пластик. Самым большим преимуществом защелкивающихся соединений-посадки является простота их установки и разборки, позволяющая снимать их-без инструментов.
Обычно защелка-состоит из позиционирующего элемента и застежки. Позиционирующий элемент плавно, правильно и быстро направляет защелку-в положение установки. Застежка фиксирует защелку-на основании и предотвращает ее выпадение во время использования. В зависимости от применения и требований крепежные детали делятся на съемные и неразъемные и-разъемные. Съемные крепежные детали обычно сконструированы таким образом, что защелка-расцепляется под действием определенной силы разделения, разделяя две соединяемые части. Эти защелкивающиеся-посадки часто используются для соединения двух частей, которые необходимо часто разбирать. Не-несъемные крепления требуют ручного наклона для разделения двух частей и в основном используются для соединения и крепления деталей, которые не нужно разбирать во время использования.
11. Пластиковая клепка
Клепка — это процесс, который обычно используется для соединения деталей, изготовленных из разных материалов (например, пластика и металла). В одной части есть заклепка, которая проходит в отверстие в другой части. Затем заклепка деформируется под действием холодного течения или плавления пластика, образуя головку заклепки, которая механически фиксирует две части вместе. Путем изменения конструкции сварочной головки можно получить различные конструкции заклепочной головки.
Холодная клепка: при холодной клепке заклепка деформируется под высоким давлением. Холодное течение создает высокие напряжения в зоне заклепки, поэтому подходит только для пластмасс с хорошей пластичностью.
Горячая клепка: при горячей клепке сварочная головка нагревается за счет сжатия, поэтому для формирования головки заклепки на заклепке требуется меньшее давление, и в головке заклепки создается меньше остаточных напряжений. Его можно применять к гораздо более широкому спектру термопластических материалов, чем при холодной клепке, включая стекло-наполненные материалы. Качество соединения зависит от контроля параметров процесса: температуры, давления и времени.
Клепка горячим газом: при клепке горячим газом заклепка нагревается потоком перегретого воздуха, при этом тепло передается через воздушные трубы вокруг заклепки. Затем независимая головка холодной сварки опускается для сжатия заклепки.
Ультразвуковая клепальная сварка: при ультразвуковой клепальной сварке ультразвуковая энергия, генерируемая сварочной головкой, плавит заклепку. Под постоянным давлением сварочной головки расплавленный материал заклепки течет в полость внутри сварочной головки, образуя желаемую конструкцию головки заклепки.
Процесс сварки пластиковых деталей
Принцип сварки тот же: сначала сопрягаемые поверхности двух свариваемых пластиковых деталей нагревают до плавления; затем увеличивается сопрягающее давление на свариваемые поверхности и поддерживается в течение определенного времени, пока свариваемые поверхности не затвердеют, что указывает на успешную сварку.
12. Индукционная сварка
В основном здесь используется высокочастотное-оборудование с выпрямлением высокого-напряжения для создания электрического поля электромагнитной волны тока посредством мгновенных колебаний высокочастотной электронной лампы. Внутренние молекулы обрабатываемых ПВХ, ТПУ, ЭВА, ПЭТ и других пластиковых материалов генерируют поляризованное трение и тепло в электрическом поле электромагнитных волн. В сочетании с определенным давлением это обеспечивает эффект плавления пластиковых изделий, подлежащих термосварке-.
13. Роторная сварка
Машины для ротационной сварки трением обычно используются для сварки двух круглых заготовок из термопласта. При сварке одна заготовка закрепляется на базовой форме, а другая вращается на поверхности закрепленной заготовки. Из-за давления, действующего на две детали, тепло, возникающее в результате трения между деталями, плавит контактные поверхности, образуя прочное и герметичное соединение. Позиционирующая ротационная сварка включает в себя вращение в течение заданного времени, а затем кратковременную остановку в заданном положении, что приводит к постоянному сварке.
14. Сварка горячей пластиной
Сварка горячей пластиной предполагает размещение кромок двух соединяемых пластиковых деталей на горячей пластине,-управляемой термостатом, и их нагревание до тех пор, пока поверхности не расплавятся. Затем с помощью небольшого давления прижимаются размягченные поверхности друг к другу для достижения соединения (см. рисунок). Другой широко используемый процесс термосваривания горячей пластины включает в себя укладку двух частей, подлежащих соединению вместе, использование нагревательных элементов для нагрева термосвариваемой пластины, опускание ее в верхнюю часть двух частей и приложение давления к термосвариваемой пластине. Пластина термосварки плавит зону контакта двух частей, а затем затвердевает, соединяя их вместе. Этот процесс в основном используется для герметизации и соединения пленок полимерных смол и пластиковых деталей.
15. Сварка горячим газом
Существует три метода сварки горячим газом: точечная сварка, постоянная сварка горячим газом и экструзионная сварка. Их основной принцип один и тот же: воздух, генерируемый двигателем, уносит тепло, генерируемое нагревательной проволокой, создавая поток горячего воздуха, который нагревает две пластиковые детали, подлежащие сварке, до расплавленного состояния с помощью сварочного стержня, таким образом соединяя их вместе и достигая цели сварки. Точечная сварка используется для соединения деталей перед постоянной сваркой.
Точечная сварка — это временный процесс сварки, для которого не требуются сварочные стержни, но требуется сопло для точечной сварки.
Для постоянной сварки используются сварочные стержни из того же материала, что и свариваемые детали. Сварочное сопло быстро движется взад и вперед веерообразно по зоне сварки, пока V-паз и сварочный стержень не станут достаточно мягкими для сварки. Обычно для их сжатия используется горячий валик. Экструзионная сварка — это процесс, при котором наполнительная смола, подаваемая либо из воронки в гранулированной форме, либо в виде сварочных стержней в цилиндре, выдавливается из одношнекового-экструдера, приводимого в движение электродвигателем. Нагрев достигается с помощью нагревательных змеевиков или горячего газа, а склеиваемые поверхности предварительно нагреваются горячим газом, подведенным к экструдеру. Наконец, смола-наполнитель и детали плавятся вместе, образуя единую связь.
16. Ультразвуковая сварка
Ультразвуковая сварка использует ультразвуковой генератор для преобразования тока частотой 50/60 Гц в электрическую энергию частотой 15, 20, 30 или 40 кГц. Эта высокочастотная электрическая энергия затем преобразуется преобразователем обратно в механическое движение той же частоты. Это механическое движение затем передается на сварочную головку через преобразователь амплитуды. Сварочная головка передает полученную энергию вибрации на место соединения свариваемых деталей. В этой области энергия вибрации преобразуется в тепловую энергию за счет трения, в результате чего контактные поверхности двух пластиков быстро плавятся. Под давлением они сливаются воедино. После прекращения ультразвуковых волн давление поддерживается в течение нескольких секунд для затвердевания и образования прочной молекулярной цепи, достигающей цели сварки. Прочность сварного шва может приближаться к прочности исходного материала. Ультразвуковые волны можно использовать не только для сварки твердых термопластов, но и для обработки тканей и пленок.
Основные компоненты системы ультразвуковой сварки включают ультразвуковой генератор, узел преобразователь/усилитель/сварочная головка, форму и раму.
Качество ультразвуковой сварки пластмасс зависит от трех факторов: амплитуды преобразователя/сварочной головки, приложенного давления и времени сварки. Время сварки и давление сварочной головки регулируются, а амплитуда определяется преобразователем и преобразователем амплитуды.
17. Вибрационная сварка
Вибрационная сварка включает шесть параметров процесса: время сварки, время выдержки, сварочное давление, амплитуду, частоту и напряжение.
Вибрационная сварка подразделяется на: линейную вибрационную сварку, трековую вибросварку и угловую вибросварку.
Сварка трением с линейной вибрацией использует тепло трения, выделяемое на контактных поверхностях двух заготовок, для плавления пластика. Тепловая энергия генерируется возвратно-поступательным движением одной детали по другой поверхности с определенным смещением или амплитудой под давлением. Как только желаемая степень сварки достигнута, вибрация прекращается, но к обеим заготовкам остается давление, охлаждающее и затвердевающее свариваемую часть, образуя прочное соединение.
Орбитальная вибрационная сварка трением — это метод, использующий тепловую энергию трения. При орбитальной вибрационной сварке трением верхняя деталь движется по орбите с фиксированной скоростью-по кругу во всех направлениях. Это движение генерирует тепловую энергию, в результате чего сварные части двух пластиковых деталей достигают точки плавления. Как только пластик начинает плавиться, движение прекращается, а сварные части двух заготовок затвердевают и прочно соединяются между собой. Небольшие усилия зажима приводят к минимальной деформации заготовок, а сварку трением можно производить с помощью орбитальной вибрационной сварки трением заготовок диаметром до 10 дюймов.
Угловая вибрационная сварка предполагает вращение заготовки вокруг точки опоры; коммерчески доступные аппараты для угловой вибрационной сварки в настоящее время встречаются редко.
18. Лазерная сварка
Лазерная сварка — это технология, которая использует тепло, генерируемое лазерным лучом, для плавления контактных поверхностей пластмасс, тем самым соединяя термопластичные листы, пленки или формованные детали вместе.
Впервые он появился в 1970-х годах, но из-за своей высокой стоимости не мог конкурировать с более ранними технологиями склеивания пластмасс, такими как вибрационная сварка и сварка горячей пластиной. Однако с середины 1990-х годов, когда стоимость оборудования, необходимого для лазерной сварки, снизилась, эта технология постепенно приобрела широкую популярность.
Лазерная сварка особенно полезна, когда склеиваемые пластиковые детали представляют собой очень точные материалы (например, электронные компоненты) или требуют стерильной среды (например, медицинские приборы и упаковка для пищевых продуктов). Лазерная сварка выполняется быстро, что делает ее особенно подходящей для обработки автомобильных пластиковых деталей на конвейере. Кроме того, лазерную сварку можно рассматривать для изделий сложной геометрии, которые трудно соединить другими методами сварки.
К преимуществам лазерной сварки в основном относятся: сварочному оборудованию не требуется контактировать со склеиваемыми пластиковыми деталями; это быстро; оборудование имеет высокую степень автоматизации, что делает удобным обработку сложных пластиковых деталей; не образует заусенцев; сварной шов прочный; он может производить высокоточные-сварные швы; это технология,-без вибрации; он может производить герметичные или вакуумные-герметичные конструкции; сводит к минимуму термические повреждения и термическую деформацию; и он может связывать смолы различного состава или цвета вместе.
19. Сварка горячей проволокой
Сварка горячей проволокой, также известная как контактная сварка, предполагает использование металлической проволоки для соединения двух пластиковых деталей.
Между пластиковыми деталями передается тепло, плавящее их поверхности, а для соединения их вместе применяется давление.
На одну поверхность соединяемых деталей укладывают металлическую проволоку. Когда ток проходит по проводу, его сопротивление генерирует тепло, которое затем передается пластиковым деталям. После сварки проволока остается внутри пластикового изделия, а часть, выходящая за пределы стыка, отсекается. В деталях обычно предусмотрены канавки или другие позиционирующие конструкции, обеспечивающие правильное положение проволоки.
