1、引言 

    線性振動摩擦焊接是基于摩擦焊的原理而新開發(fā)的一種焊接技術(shù)。適于精密熔接尺寸較大、形狀特殊、難熔材質(zhì)的產(chǎn)品。振動摩擦焊不受熱塑材料的影響，由于它不使用另外的連接件或結(jié)合劑就能將各式各樣的熱塑性零件按工藝焊接起來，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了企業(yè)的成本、減少了環(huán)境污染。其優(yōu)質(zhì)、高效、低耗環(huán)保的突出優(yōu)點，適應(yīng)了企業(yè)大規(guī)模自動化生產(chǎn)的需求。

2、線性振動摩擦焊接原理 。

    使兩個壓緊在一起的塑料焊件，保持一定的工作壓力，振動其中的一個，使其相對另一個做往復(fù)位移運動，通過接觸面之間、分子間的摩擦，使結(jié)合處溫度劇升。當(dāng)溫度高到足以使塑料熔化時，使其在固定壓力下固化，形成均勻的焊接。兩個被焊接的零件必須是相同的熱塑料材料，不同材料間的焊接質(zhì)量不是很好。圖1為振動摩擦焊接原理圖 。

圖1 振動摩擦焊接原理圖

    摩擦壓力和往復(fù)運動頻率是影響振動摩擦焊接質(zhì)量的主要因素。當(dāng)摩擦壓力和往復(fù)運動頻率增加時，焊接熱量輸入也隨之顯著增加。由于材料變形的局部性和不均勻性，壓力過大則會影響焊接件往復(fù)運動的穩(wěn)定性，同時也會增加塑性焊接件的流出量，使飛邊增大，因此，不能采用太大的壓力值。在保證運動平穩(wěn)的條件下，提高往復(fù)運動的頻率是增加熱輸入和提高焊縫質(zhì)量最有效的方法。摩擦?xí)r間也是線性摩擦焊接過程中的一個重要參數(shù)，但延長摩擦?xí)r間不是增加熱量輸入的最有效方法。因為熱傳導(dǎo)、對流及高溫塑性焊接件的擠出等因素的存在，使得焊接過程中存在一熱輸入熱輸出的平衡點。在熱平衡之前，增加摩擦?xí)r間對增加熱輸入有效，而在熱平衡點之后，增加摩擦?xí)r間對熱輸入作用不大。因此以焊接深度的大小為焊接結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)較為可靠。

3、設(shè)備工作過程及結(jié)構(gòu) 

    兩個被焊零件中一個安裝在升降臺的固定夾具上，另一個安裝在和振動器相連的夾具上。升降臺啟動，做垂直升降運動，由液壓系統(tǒng)提供動力并控制工作壓力。兩個焊接件由升降臺壓緊在一起，在受壓的狀態(tài)下，振動電源驅(qū)動振動器振動，使兩個焊接件間產(chǎn)生摩擦熱，經(jīng)過幾秒后將兩件焊接在一起。停止振動保持壓力，熔化的焊接件在壓力下短時間內(nèi)被冷卻下來并固化。最后升降臺下降并回到卸荷的初始等待位置。本系統(tǒng)由PLC控制器、振動電源、振動器、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、人機(jī)界面、檢測部分等7個主要部分構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

                           圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 

     振動電源采用德國VECTRON公司的VCB400-010型頻率轉(zhuǎn)換器。它能將頻率為50Hz交流電能轉(zhuǎn)換成頻率為100Hz~250 Hz的高頻電能。具有頻率設(shè)置、自動調(diào)諧、信號反饋、故障報警、振幅設(shè)置和檢測等功能。

振動器是將振動能量源提供的高頻電能轉(zhuǎn)換成雙向線形的機(jī)械振動。它被安裝在機(jī)器框架的高強(qiáng)度橡膠墊上，由鑄鐵框架、彈簧組、兩個勵磁線圈和一組驅(qū)動磁鐵。彈簧是懸臂式的束狀彈簧，有整塊高強(qiáng)度的合金加工成的。彈簧的一端與機(jī)器框架固定，另一端與夾具相連。振動電源向激勵線圈以一定頻率交替輸入電能，使振動器振動，振動頻率和彈簧質(zhì)量和剛度有關(guān)。如果施加的電能頻率和系統(tǒng)的共振頻率相同，能量消耗為最小。振動器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。對應(yīng)不同的夾具，振動器系統(tǒng)有不同的共振頻率。這個共振頻率是由振動器上的彈簧剛度和連接在彈簧上部件重量決定的。振動器的型號為：VW-2，振動頻率在100Hz~250 Hz之間，振動位移幅度在0~1.8mm之間。

圖3 振動器的結(jié)構(gòu)示意圖

液壓系統(tǒng)的主要功能是通過液壓缸的驅(qū)動力，驅(qū)動工作臺做垂直升降運動，給被焊接塑