1、引言 

    線性振動(dòng)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(dòng)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(lái)，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(diǎn)，適應(yīng)了企業(yè)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)的需求。

2、線性振動(dòng)摩擦焊接原理 。

    使兩個(gè)壓緊在一起的塑料焊件，保持一定的工作壓力，振動(dòng)其中的一個(gè)，使其相對(duì)另一個(gè)做往復(fù)位移運(yùn)動(dòng)，通過(guò)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(shí)，使其在固定壓力下固化，形成均勻的焊接。兩個(gè)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(dòng)摩擦焊接原理圖 。

圖1 振動(dòng)摩擦焊接原理圖

    摩擦壓力和往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率是影響振動(dòng)摩擦焊接質(zhì)量的主要因素。當(dāng)摩擦壓力和往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率增加時(shí)，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(guò)大則會(huì)影響焊接件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)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(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的條件下，提高往復(fù)運(yùn)動(dòng)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(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)，但延長(zhǎng)摩擦?xí)r間不是增加熱量輸入的最有效方法。因?yàn)闊醾鲗?dǎo)、對(duì)流及高溫塑性焊接件的擠出等因素的存在，使得焊接過(guò)程中存在一熱輸入熱輸出的平衡點(diǎn)。在熱平衡之前，增加摩擦?xí)r間對(duì)增加熱輸入有效，而在熱平衡點(diǎn)之后，增加摩擦?xí)r間對(duì)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(guò)程及結(jié)構(gòu) 

    兩個(gè)被焊零件中一個(gè)安裝在升降臺(tái)的固定夾具上，另一個(gè)安裝在和振動(dòng)器相連的夾具上。升降臺(tái)啟動(dòng)，做垂直升降運(yùn)動(dòng)，由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力并控制工作壓力。兩個(gè)焊接件由升降臺(tái)壓緊在一起，在受壓的狀態(tài)下，振動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)振動(dòng)器振動(dòng)，使兩個(gè)焊接件間產(chǎn)生摩擦熱，經(jīng)過(guò)幾秒后將兩件焊接在一起。停止振動(dòng)保持壓力，熔化的焊接件在壓力下短時(shí)間內(nèi)被冷卻下來(lái)并固化。最后升降臺(tái)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(dòng)電源、振動(dòng)器、液壓系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、人機(jī)界面、檢測(cè)部分等7個(gè)主要部分構(gòu)成。控制系統(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(dòng)電源采用德國(guó)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(dòng)調(diào)諧、信號(hào)反饋、故障報(bào)警、振幅設(shè)置和檢測(cè)等功能。

振動(dòng)器是將振動(dòng)能量源提供的高頻電能轉(zhuǎn)換成雙向線形的機(jī)械振動(dòng)。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(gè)勵(lì)磁線圈和一組驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源向激勵(lì)線圈以一定頻率交替輸入電能，使振動(dòng)器振動(dòng)，振動(dòng)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(dòng)器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。對(duì)應(yīng)不同的夾具，振動(dòng)器系統(tǒng)有不同的共振頻率。這個(gè)共振頻率是由振動(dòng)器上的彈簧剛度和連接在彈簧上部件重量決定的。振動(dòng)器的型號(hào)為：VW-2，振動(dòng)頻率在100Hz~250 Hz之間，振動(dòng)位移幅度在0~1.8mm之間。

圖3 振動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意圖

液壓系統(tǒng)的主要功能是通過(guò)液壓缸的驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)做垂直升降運(yùn)動(dòng)，給被焊接塑