超聲波模具架設
『工欲善其事,必先利其器』,在超聲波熔接作業中,縱使有性能多好的機器、製造多精密的模具、做出多美好的塑料產品,如果沒有正確有效率的架模技巧,那一切的努力將成空,由此可知模具架設技巧的重要性。然而模具架設技術,卻因各家生產的超聲波機器在設計與習性上的不同,而有所差異。雖然如此,但是超聲波熔接作業理論與原則卻是不變的,既然有其不變的熔接理論基礎,就有模具架設原則的共同點。
在工業社會中,因產品特色與功能的需求,擁有幾臺不同的超聲波熔接機也是必然,可是架模問題也將由此產生,這不難,只要先了解超聲波熔接原理,那一類型的超聲波架模技巧,將可迎刃而解。
02超聲波熔接理論特點是振動與傳導
不變的超聲波熔接理論基礎,就有模具架設原則的共同點。然而超聲波熔接原理到底如何?我們都了解在寒冷的天氣裡,將手掌摩擦會有熱的感覺,摩擦的速度越快溫度也愈高,這種由速度與介質摩擦,所產生的溫度成為正比。在超聲波的速度與塑料的振動摩擦中,亦產生高於材質熔點的溫度,然而這個高於材質熔點的溫度並非自然產生,而是經由一系列作用而來。
是先產生電源訊號給由換能器結合增幅器成的振動系統,發出15000~20000次/秒振動頻率,此時如用手去接觸,可感覺溫度約為60~80℃(視超聲波機器輸出功率大小),而塑料熔點如ABS至少也有120℃左右,當然此種溫度是無法熔接的,所以我們必須裝上能量擴大器即超聲波專用模具(HORN),使溫度擴大1~4倍(視塑料熔點與材質特性而定)。然而我們會發現超聲波上模,為何一般會設計成底部大徑與端面小徑狀?這正如我們小時玩水管,把出水端擠成小孔,水是否會變強且噴得更遠?這就是擴大集束原理。此時再配合氣壓等動力源作塑料熔接,超聲波熔接理論就是如此。
當然如何將超聲波速度(頻率)與塑料材質(介質),摩擦產生的溫度(振幅),導引入我們的塑料產品,使之成為我們所需求的,這門學問分為三類,就是模具製造,模具架設技巧與熔接加工條件設定!而這些技術就是依據超聲波熔接理論的特點振動與傳導所作為設計基礎!
03超聲波模具架設基礎推論
歷經前面兩個技巧,到此相信各位已熟悉超聲波塑料熔接的原理,其特點就是振動與傳導,根據經驗值統計,以設計振幅成3u/m的超聲波上模,作用在ABS的塑料材質上,其單位面積1mm為中心範圍的作用點,約可傳導熔接至3mm,依這種特性可做成幾點論述:
1.中心熔接點算起在3mm範圍內,若有不願熔接處,必須逃料以阻斷超聲波傳導之能量,來避免因傳導形成黏住或震壞。
2.底模(治具)吻合公差,預留0.05~0.1mm之間隙,避免振動導致產品表面受損。
3.熔接壓力,僅為帶動氣缸,與塑料摩擦振動後之熔融狀態下之硬化作用,非產品熔接強度之決定性因素,但壓力太大卻易造成超聲波導熔線失去導熔效果,及傷到產品外觀。
4.超聲波上模振幅愈強或熔接時間愈長,其塑料經層次能量軟化推動,塑料熔融範圍也就愈廣。
以上四點:由超聲波理論與特性之振動、傳導,推論出超聲波傳導性質、底模吻合公差、熔接壓力即為超聲波模具架設的基礎。
我們由超聲波原理分析出特性振動與傳導,作為超聲波模具設計基礎。再由超聲波原理與特性導出超聲波傳導性質、底模吻合公差、熔接壓力成為超聲波模具架設基礎。在這整體系統論述中,可以讓大家在超聲波塑料熔接作業中,對模具架設於產品需求標準中,有更直接的思考方向,來建立有效率的模具架設技巧。
在個人模具架設經驗中,無論多複雜的產品,應在測試二個樣品中,就需判斷與決定在當前的硬體條件中(機器、模具),可得到何種程度的產品,如若超聲波調整至最佳狀況,又可得到的產品至何種程度與產值效率。亦即在標準模具架設動作5~10分鐘中內就可完成模具架設,其它就是產品分析與研究了。切勿一試模就是數十個產品或1~2個小時,這不僅耗費產品也耗費時間。