高頻焊接設(shè)備：“C”形壓力機(jī)，“橋”形壓力機(jī)http://lyjingtong.com/
1 概述
在塑料制品的生產(chǎn)過(guò)程中使用了各種不同類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備。一般來(lái)說(shuō)，這些設(shè)備可以分為以下幾類(lèi)：
(a) 用于射頻高頻焊接前的材料準(zhǔn)備，例如切割機(jī)、切紙機(jī)、切板機(jī)、剪切機(jī)等。 (b) 射頻高頻焊接機(jī) (c) 產(chǎn)品的組裝和加工，例如撕裂密封剝離器、鉚接機(jī)、印刷機(jī)、按扣縫紉機(jī)等。
除了射頻高頻焊接機(jī)之外，其他類(lèi)型的機(jī)械設(shè)備超出了本手冊(cè)的范圍，但要記住許多機(jī)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(jī)
射頻高頻焊接機(jī)器的應(yīng)用非常廣泛。這些機(jī)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(chē)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(lèi)型的射頻高頻焊接機(jī)器。
影響所需機(jī)器類(lèi)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(lèi)型。例如，簡(jiǎn)單的產(chǎn)品可能只需要將兩個(gè)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(huì)影響機(jī)器的設(shè)計(jì)。
3 主要組件
所有的高頻焊接機(jī)器都包含以下四個(gè)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(jī)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(guò)程所需的高頻電能。在小型機(jī)器中，發(fā)生器通常集成在機(jī)器外殼內(nèi)，而在較大的機(jī)器中，發(fā)生器是一個(gè)獨(dú)立的設(shè)備，位于機(jī)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(jī)器而異，取決于要焊接的材料類(lèi)型、材料厚度和所需焊縫的面積。對(duì)于任何機(jī)器，最大功率輸出以瓦特或千瓦特為單位，被稱(chēng)為機(jī)器的額定功率，是機(jī)器規(guī)格中最重要的項(xiàng)目之一。機(jī)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(dòng)線圈型。通過(guò)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(guò)程中的不穩(wěn)定負(fù)載。電子管會(huì)隨著時(shí)間和使用而逐漸衰減，并在長(zhǎng)時(shí)間使用后需要更換（通常是幾年一次）。
3.2 壓力機(jī)
壓力機(jī)提供了在施加射頻高頻功率時(shí)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(shí)間。
腳踏式焊接機(jī)通常采用下沖式壓力機(jī)，具有多功能的工具夾持裝置，可以將工具壓在放置在堅(jiān)固金屬工作臺(tái)上的工作材料上，該工作臺(tái)通常稱(chēng)為平板。
較大的機(jī)器可能會(huì)提供一個(gè)“上”平板，用于放置大型工具，利用該平板的強(qiáng)度，在將其壓到工作材料上時(shí)防止變形。
有兩種主要類(lèi)型的壓力機(jī)，一種是“C”形壓力機(jī)，另一種是“橋”形壓力機(jī)。
C型壓力機(jī) - 壓力機(jī)的側(cè)視圖類(lèi)似于字母“C”。這種結(jié)構(gòu)方法需要使用相對(duì)較重的鑄件。由于壓力機(jī)的機(jī)身位于機(jī)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(jī)的中心供給到上電極。這種類(lèi)型的壓力機(jī)用于從小型腳踏式型號(hào)到能夠施加數(shù)噸力的動(dòng)力壓力機(jī)的機(jī)器中。
橋式壓力機(jī) - 壓力機(jī)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(duì)輕量的部件提供了堅(jiān)固且對(duì)稱(chēng)的壓力機(jī)。這種類(lèi)型的壓力機(jī)的可訪問(wèn)性?xún)H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(shí)現(xiàn)工具的射頻場(chǎng)均勻分布。
3.3 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)的目的是確保機(jī)器可以高效且安全地啟動(dòng)、操作和停止。控制系統(tǒng)范圍從小型機(jī)器上的簡(jiǎn)單機(jī)械和電氣控制到大型復(fù)雜機(jī)器上的全面機(jī)器和工藝自動(dòng)化。可以控制的功能包括：
a) 在必要的“安全”互鎖條件下啟動(dòng)機(jī)器。
b) 監(jiān)控和調(diào)整工藝參數(shù)：
(i) 焊接壓力和壓力機(jī)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(shí)間。
(iv) 操作工件處理系統(tǒng)。
c) 在緊急情況或潛在危險(xiǎn)情況下停止機(jī)器，例如操作員試圖在沒(méi)有安全防護(hù)的情況下使用機(jī)器。
d) 監(jiān)測(cè)射頻高頻功率，以便檢測(cè)是否有電弧，并關(guān)閉發(fā)電機(jī)以限制電弧的影響。
e) 在檢測(cè)到電氣過(guò)載時(shí)，通過(guò)切斷電源來(lái)保護(hù)電動(dòng)機(jī)和其他電氣元件。
現(xiàn)代機(jī)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(shí)現(xiàn)控制功能，并具有良好的重復(fù)性。
3.4 處理機(jī)制
處理機(jī)構(gòu)將工件送入壓力機(jī)，然后將它們定位在壓力機(jī)下進(jìn)行焊接。焊接完成后，工件被取出。處理機(jī)制有幾種類(lèi)型：
手動(dòng)
在小型機(jī)器上，例如腳踏式機(jī)器，工件是通過(guò)手工送入壓力機(jī)、定位焊接并手動(dòng)取出的。
線性
傳送帶系統(tǒng)將工件材料送入壓力機(jī)。傳送帶停下來(lái)將工件正確定位以進(jìn)行焊接（這稱(chēng)為“分步定位”），然后將工件從壓力機(jī)取出。當(dāng)線性定位機(jī)正確調(diào)整后，操作員只需監(jiān)測(cè)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(pán)旋轉(zhuǎn)定位工件。這允許操作員在多個(gè)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(pán)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(guò)大無(wú)法放入固定的機(jī)器時(shí)，例如帆布、游泳池襯里等，會(huì)使用軌道處理機(jī)制。在這種類(lèi)型的機(jī)器中，工件保持靜止，焊接壓力機(jī)沿軌道移動(dòng)以進(jìn)行重復(fù)的焊接。
除上述處理機(jī)制外，一些機(jī)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(dòng)控制的吸盤(pán)，自動(dòng)從堆疊中拾取零件，然后放置在工作臺(tái)上準(zhǔn)備焊接。定位組件可以處理PVC等工件。
4 機(jī)器類(lèi)型
4.1 腳踏式
典型的腳踏式機(jī)器如圖3-1所示。工件被放置在形成工作臺(tái)的下壓板上。通過(guò)踩踏腳踏板，將焊接工具與工件接觸。
迅準(zhǔn)壓力機(jī)
4.2 卷料直線式
典型簡(jiǎn)單的卷料直線式機(jī)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(guò)機(jī)器，每個(gè)工件都會(huì)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(jī)
卷料直線式機(jī)器的特殊版本可能會(huì)更加復(fù)雜。例如，用于生產(chǎn)文具文件夾的機(jī)器可以執(zhí)行以下操作：
(a) 從卷料中自動(dòng)調(diào)整卷張力，供給上下工件材料。
(b) 將灰板置于兩個(gè)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(duì)組裝好的零部件進(jìn)行焊接。
(e) 在文件夾的書(shū)脊上放置一個(gè)袋子，然后將其焊接到書(shū)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(lèi)型的自動(dòng)化機(jī)器價(jià)格昂貴，并且設(shè)置生產(chǎn)線通常需要一到兩個(gè)小時(shí)。因此，為了經(jīng)濟(jì)運(yùn)作，這種機(jī)器通常只在生產(chǎn)1000個(gè)或更多文件夾的批量時(shí)使用。
4.3 旋轉(zhuǎn)式
轉(zhuǎn)盤(pán)機(jī)如圖3-3所示。這種機(jī)器采用圓形轉(zhuǎn)盤(pán)，上面有多個(gè)工作站。操作員可以在每個(gè)工作站上進(jìn)行組裝或剝離工件。當(dāng)一個(gè)工件被組裝好后，整個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)會(huì)旋轉(zhuǎn)，然后對(duì)工件進(jìn)行焊接。焊接完成后，轉(zhuǎn)盤(pán)再次旋轉(zhuǎn)，然后將工件剝離。
迅準(zhǔn)壓力機(jī)
4.4 穿梭式
典型的左右移動(dòng)式穿梭操作機(jī)器如圖3-4所示。下部平臺(tái)由兩個(gè)連動(dòng)的穿梭托盤(pán)組成。工件在穿梭托盤(pán)中準(zhǔn)備好進(jìn)行焊接。一個(gè)托盤(pán)被移出焊接頭的范圍，另一個(gè)托盤(pán)被移到焊接頭下方。這種類(lèi)型的機(jī)器可以讓兩名操作員只使用一個(gè)焊接頭來(lái)準(zhǔn)備和完成產(chǎn)品。
迅準(zhǔn)壓力機(jī)
這種機(jī)器的另一個(gè)版本是上下移動(dòng)式穿梭，其中兩個(gè)托盤(pán)上下排列。這允許操作員在一個(gè)托盤(pán)上準(zhǔn)備和完成產(chǎn)品，同時(shí)另一個(gè)托盤(pán)在焊接頭下方。
如果配備了自動(dòng)調(diào)諧功能以允許每個(gè)托盤(pán)獨(dú)立裝載，并且電極安裝在托盤(pán)中，可以在交替周期中在每個(gè)托盤(pán)中制造不同的產(chǎn)品。
5 工裝
工裝是機(jī)器的一部分，它被壓在工件上進(jìn)行焊接。下面是一個(gè)典型的簡(jiǎn)單工裝組件示例。這種類(lèi)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(jī)器的上部平臺(tái)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(tái)或托盤(pán)中。
5.1 工裝組件
如圖3-5所示，工裝組件由一個(gè)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(zhǎng)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(jī)
工裝平板由鋁板制成，必須足夠堅(jiān)固，以在焊接過(guò)程中承受施加的壓力而不發(fā)生變形。對(duì)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(gè)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(shí)現(xiàn)各種類(lèi)型的焊接。如圖3-6所示，焊接尺主要分為兩類(lèi)。
迅準(zhǔn)壓力機(jī)
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(shí)，同時(shí)還可通過(guò)在輪廓的表面加工出圖案來(lái)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(kāi)，從而使工件與周?chē)牧戏蛛x。
請(qǐng)注意，撕裂焊縫的邊緣是尖銳的，類(lèi)似于刀刃，如果允許它與下部平板過(guò)于接近，存在引發(fā)電弧和損壞邊緣的風(fēng)險(xiǎn)。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(xiǎn)，工件與下部平板之間放置了一層隔離材料。除了具有保護(hù)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(guò)程的效率。
常見(jiàn)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(gè)撕裂焊縫，為工件提供一個(gè)可從周?chē)牧现袆冸x的“整潔”邊緣，如圖3-6（d）所示。
典型撕裂焊接工藝的一個(gè)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(chēng)為焊接差異，并由焊接尺的設(shè)計(jì)確定。這個(gè)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(shí)際上，焊接差異設(shè)置在約50%至66%的范圍內(nèi)。這個(gè)比值是一個(gè)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(shí)，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(lèi)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(lèi)型和所需的表面效果。
請(qǐng)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(guò)程中當(dāng)PVC被拉緊時(shí)，它們可能會(huì)切入PVC，導(dǎo)致PVC破裂，可能會(huì)在焊接過(guò)程中產(chǎn)生閃光。
5.3 包裝材料
在一些產(chǎn)品（如活頁(yè)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(guò)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(shí)際上不應(yīng)與焊接規(guī)則的輪廓接觸。實(shí)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(guò)0.5毫米。
請(qǐng)注意，對(duì)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(huì)使用其他類(lèi)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(duì)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(shí)際程序取決于焊接工藝的類(lèi)型，但在制造文具類(lèi)產(chǎn)品，如活頁(yè)夾、板夾等時(shí)，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(gè)裝有多個(gè)與材料行進(jìn)方向平行的刀片的切條機(jī)。當(dāng)材料經(jīng)過(guò)刀片時(shí)，會(huì)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(jī)上被切成所需的長(zhǎng)度。這兩個(gè)操作可以由一個(gè)鑲板機(jī)依次完成。
2）要插入的灰板在切割機(jī)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(shí)間，以便PVC能夠收縮。
3）PVC工件和灰板插入件在工作臺(tái)上進(jìn)行組裝和對(duì)齊，以備進(jìn)行焊接。
正確對(duì)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(duì)齊基準(zhǔn)。
實(shí)際的對(duì)齊是通過(guò)在工作臺(tái)上使用對(duì)齊邊緣和夾具來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
文具活頁(yè)夾制造中使用的簡(jiǎn)單對(duì)齊裝置如圖3-7所示。對(duì)齊邊緣用于定位工件，而夾具則用于定位構(gòu)成活頁(yè)夾封面加強(qiáng)板和脊線的三塊灰板。
迅準(zhǔn)壓力機(jī)
這個(gè)夾具由一對(duì)鉸接在一起的條桿組成，通常使用24英寸長(zhǎng)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(tái)上，另一根條桿上鉆有一系列螺紋定位孔，使得可滑動(dòng)對(duì)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(kāi)，使其遠(yuǎn)離工作區(qū)域。
2. 將下層工件放在工作臺(tái)上，并靠著對(duì)準(zhǔn)邊緣。
3. 將鉸接條桿翻到下層工件上方。
4. 用對(duì)準(zhǔn)指示器將三塊灰板對(duì)準(zhǔn)。
5. 將鉸接條桿翻開(kāi)，使其遠(yuǎn)離工件。
6. 將上層工件放在工作臺(tái)上，并靠著對(duì)準(zhǔn)邊緣。
7. 進(jìn)行焊接操作。
類(lèi)似所示的夾具可以構(gòu)建用于對(duì)位距離工件較遠(yuǎn)的組件。對(duì)于短期生產(chǎn)批次，可以使用紙板制作臨時(shí)夾具，并使用膠帶作為鉸鏈。
注意，靠近電極的金屬夾具會(huì)吸收高頻能量。當(dāng)高頻焊接機(jī)靠近其最大額定功率運(yùn)行時(shí)，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。
