塑料焊接工藝在汽車內飾產品上應用

2021-04-10 17:29

塑料材料輕、可塑性強、經過皮紋處理後手感好，廣泛應用於汽車領域。當今汽車產品上，在內飾儀表板、副儀表板、門護板、雜物箱蓋、立柱護板等零件上，均采用不同材質的塑料進行加工。據統計，汽車用塑料品種目前已達幾十種，平均每輛汽車塑料用量已占汽車自重的 5 % ~10 % ，隨著汽車輕量化的發展要求和汽車塑料技術的擴大應用，汽車塑料的單車用量今後還會進一步增加。塑料零件目前基本通過卡接、螺釘連接、粘接和焊接等方式進行連接。卡接、螺釘連接速度快，適用性強，但會產生應力集中，且不能有效形成密封連接，在某些環境下不適合采用。粘接能獲密封接頭，但操作困難，需要精確地對接，而且速度很慢，不適於大批量生產。而焊接簡單、快速、可靠、準確，能形成強度接近於母材的接頭,適合於大批量生產，在汽車工業快速發展的今天，獲得了愈來愈廣泛的重視。

常用焊接工藝
塑料分為熱塑性和熱固性兩種，基於兩種塑料的物理特性，焊接工藝隻局限於熱塑性塑料。塑料焊接方法分為兩大類：一是內部生熱法，通過機械運動使塑料內部摩擦生熱進而融化，從而使塑料焊接在一起，如振動摩擦焊；另一類是外部加熱法，通過外部加熱設備使塑料融化而焊接在一起，如熱氣焊等。下麵介紹三種應用較為廣泛的焊接技術。

熱板焊
熱板焊是應用比較廣泛且加工方法最為簡單的塑料焊接工藝之一。焊接過程中，隨型加熱板放入兩零件之間，並對零件進行加熱至熔化溫度，然後取出加熱板，對零件進行加壓力，使熔化的焊筋貼合在一起，在可控壓力下冷卻和凝固而形成焊接，見圖1。

加熱板由金屬製成，通過內部的管狀加熱絲或釋熱元件加熱，同時使用溫度傳感器對加熱板表麵的溫度進行精確控製.加熱板表麵一般溫度為180~230 ℃( 取決於材料類型 ) 。焊接筋通常與基材相同。能加熱熔化的塑料均可用熱板進行焊接。熱板焊也可用於不同基材的塑料焊接，這時零件的兩部分分別采用不同的表麵溫度進行加熱熔化.熱板焊的焊接範圍從直徑幾厘米到 1.5m的零件。熱板焊可以形成良好密封連接，可以焊接表麵不平整零件，但焊接連接結構相對複雜，加工速度慢。焊接時間從10~20s至 30 min 以上，視零件的大小及厚度而不定，有些大型厚壁零件的加熱熔化時間甚至達1個半小時。

振動摩擦焊
振動摩擦焊是利用電磁傳動裝置使兩塑料零件產生相對運動，通過摩擦在零件內部產生熱量進而熔化基材後，讓兩零件焊接到一起的方法，見圖2 。零件在壓力作用下進行直線往複運動使零件內部產生熱量，當溫度升高到熔點後，材料熔化且運動停止，零件在壓力下凝固而形成焊接。振動摩擦焊的主要工藝參數是：振動頻率 100~500 Hz 、振幅 0.15~5 mm 、焊接時間 1~10 s 、焊接壓力 1~ 4 MPa 。振動摩擦焊幾乎能焊接各種成型工藝加工的零件。

振動摩擦焊的優點是生產效率高、可以焊接複雜連接零件。振動摩擦焊過程可控、不會出現因過熱而引起界麵材料降解；缺點是隻能焊接曲率小的零件。振動摩擦焊在內飾產品上最有價值的用途之一是儀表板本體與風道的連接，通過振動摩擦焊接使兩零件連接即形成用於空氣流動的封閉空腔，又使儀表板本體得到加強，簡化了儀表板本體骨架的結構，降低模具成本。

超聲波焊接
超聲波焊接是在壓力作用下，使用高頻機械振動 ( 頻率為 10~70 k Hz ，振幅為 10~100 μm) 使塑料零件內部產生熱量熔化而形成焊接，見圖 3 。超聲波焊連接結構必須專門設計，以便將振動能量集中到熔化點。超聲波焊接主要有兩種連接結構：第一種結構采用三角形凸台焊筋作為焊接接頭 ( 高 0.2-0.8 mm) ，與之配合結構為平麵，能量集中與三角形凸台尖部，便於快速熔化材料；第二種結構是剪切接頭，通常一個零件大於另一個零件，這種結構無能量集中筋，發熱主要是摩擦力實現的。超聲波焊效率極高，焊接時間從 0.5~1.5 s ，可實現自動化，在內飾產品很多零件上都有應用。超聲波焊接靈活，適應性強，通過使用不同類型的焊頭，實現各種類型焊接需求，在內飾產品上主要應用超聲波鉚焊和超聲波對接焊兩種焊接形式，兩種焊接型式均利用超聲波在被連接表麵的垂直方向上的振動來實現。

在汽車工業迅速發展的今天，內飾產品設計也正向多元化方向發展，產品的造型、重量、成本、材料回收率等都影響著產品設計，而塑料焊接技術的應用使內飾產品在多方麵綜合因素的影響下，最大化的體現造型設計思路，降低了內飾產品結構複雜程度、零件的重量、標準件數量、人工裝配時間，提升了材料回收率，為大規模生產、模塊化裝配提供條件。可以深信，各種塑料焊接方法必將在汽車工業發揮越來越廣泛的作用。

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