K 2016展會(huì)上展示了一系列連接技術(shù)解決方案。無(wú)論是何種工藝，都正朝著靈活性方向發(fā)展，重心則是連接過(guò)程的數(shù)字化和自動(dòng)化。

　　除了更新、更靈活的連接技術(shù)，展會(huì)還推出了連接工藝可視化以及輕量化的設(shè)計(jì)主題。本文將圍繞對(duì)超聲波、激光、紅外和高頻焊接的亮點(diǎn)和趨勢(shì)以及適用于輕量化設(shè)計(jì)的創(chuàng)新機(jī)械解決方案進(jìn)行探討。

　　不只是一個(gè)發(fā)生器

　　熱塑性塑料的超聲波焊接是一個(gè)成熟的行業(yè)技術(shù)，其特點(diǎn)是焊接時(shí)間短、能耗低。超聲波焊接單元的核心是發(fā)出高頻電振蕩的超聲波發(fā)生器。

　　zui新的發(fā)生器實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)之間的通信，可監(jiān)控焊接工藝并動(dòng)態(tài)地響應(yīng)工藝變化。此外，全部工藝數(shù)據(jù)均可用于連接工藝的文件編制、評(píng)估和可視化?？偛课挥诘聡?guó)卡羅維發(fā)利的Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG公司在K 2016上推出了Ultraplast AMG——專(zhuān)為自動(dòng)化領(lǐng)域開(kāi)發(fā)的超聲波發(fā)生器，適合集成到特殊工程應(yīng)用中的大型多頭超聲波焊接系統(tǒng)上。作為生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字接口，AMG具有復(fù)合控制和自動(dòng)化過(guò)程的額外優(yōu)勢(shì)，因此可用作智能的網(wǎng)絡(luò)組件，而普通發(fā)生器只能用作超聲源。關(guān)鍵工藝狀態(tài)可焊接期間被識(shí)別，并且由于控制算法的原因，焊接參數(shù)能夠根據(jù)環(huán)境條件變化。據(jù)稱，該單元并不復(fù)雜，而且可進(jìn)行數(shù)據(jù)互換而不造成數(shù)據(jù)丟失。

　　圖1 DataRecorder軟件可實(shí)現(xiàn)工藝監(jiān)控并將之可視化，以持續(xù)跟蹤零件數(shù)據(jù)

　　以太網(wǎng)通信接口的安裝簡(jiǎn)化了發(fā)生器和機(jī)器控制單元之間的通信，實(shí)現(xiàn)了與不同供應(yīng)商之間可編程邏輯控制器的快速、無(wú)干擾的數(shù)據(jù)和信號(hào)交換?？蛇x擇具有實(shí)時(shí)能力的現(xiàn)場(chǎng)總線接口用于記錄更多的工藝數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)，它能夠在與智能傳感器聯(lián)網(wǎng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)AMG和機(jī)器控制系統(tǒng)之間的通信，從而有選擇性地識(shí)別缺陷部件并將其從生產(chǎn)過(guò)程中排除。AMG發(fā)生器的超聲波頻率是20、30和35kHz，功率譜范圍是700-2000瓦。

　　DataRecorder軟件

　　開(kāi)發(fā)全新的DataRecorder軟件的關(guān)鍵因素包括工藝監(jiān)控、可視化和優(yōu)化以及完整的零件數(shù)據(jù)跟蹤。焊接工藝記錄可通過(guò)數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口以CSV或ASCII格式輸出zui多166個(gè)參數(shù)。在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，記錄的數(shù)據(jù)均以清晰的文件夾結(jié)構(gòu)自動(dòng)存儲(chǔ)。

　　如果生產(chǎn)期間經(jīng)由以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中斷，多達(dá)10,000個(gè)獨(dú)立焊接操作的工藝數(shù)據(jù)可在每分鐘30個(gè)焊接點(diǎn)的循環(huán)頻率下，暫時(shí)存儲(chǔ)在超聲波發(fā)生器中。緩沖時(shí)間約為6小時(shí)。網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接之后，數(shù)據(jù)庫(kù)將自動(dòng)更新，因此不會(huì)造成數(shù)據(jù)丟失。

　　實(shí)用焊接試樣

　　觀眾在一個(gè)可進(jìn)行生產(chǎn)相關(guān)焊接試驗(yàn)的創(chuàng)新試樣上看到了超聲波焊接工藝的演示。樣本焊接試驗(yàn)可使用不同的材料或材料組合，使新部件的超聲波焊接在早期經(jīng)過(guò)評(píng)估，從而獲得理想的焊接質(zhì)量。為了將振動(dòng)能量集中在焊接區(qū)域，與工藝相關(guān)的接頭設(shè)計(jì)對(duì)超聲波焊接來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。Herrmann Ultraschall公司與Barlog集團(tuán)一起開(kāi)發(fā)了一種多功能的試樣，它可通過(guò)常用的舌槽接頭生產(chǎn)，也可采用壓邊接頭設(shè)計(jì)。此外，zui新設(shè)計(jì)的試樣還可進(jìn)行近場(chǎng)或遠(yuǎn)場(chǎng)焊接。出于巧妙的試樣概念，焊縫可用機(jī)械載荷來(lái)表現(xiàn)，例如張力和扭力。此外還可進(jìn)行破裂壓力和密封性試驗(yàn)。

　　試樣還可對(duì)膜焊接進(jìn)行試驗(yàn)。制造商表示，用作過(guò)濾介質(zhì)或壓力補(bǔ)償元件的集成膜在眾多行業(yè)應(yīng)用的比例正在不斷增長(zhǎng)，例如汽車(chē)和醫(yī)療技術(shù)行業(yè)。成品膜的加工不僅復(fù)雜而且昂貴，因此Herrmann Ultraschall推出了MPW系統(tǒng)，它能夠在一道工序中完成薄膜的沖壓和超聲波焊接。無(wú)需再預(yù)切單層膜，而且周期時(shí)間顯著減少。

　　虛擬焊接工藝

　　在Emerson Technologies GmbH & Co. OHG子公司Branson Ultraschall的展位上，觀眾目睹了其在激光、超聲波和振動(dòng)焊接方面的創(chuàng)新。除了用于塑料超聲波焊接的發(fā)生器和系統(tǒng)，他們還推出了用于焊接結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大型塑料部件的GLX-3激光系統(tǒng)和GVX-3振動(dòng)焊接機(jī)。新型振動(dòng)焊接機(jī)的操作模式通過(guò)基于平板電腦的“MagicLens”應(yīng)用程序可視化，其原理是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)。通過(guò)這一方式，觀眾可通過(guò)3D動(dòng)畫(huà)模型來(lái)實(shí)際觀察焊接過(guò)程以及技術(shù)組件和可配置可選附件。MagicLens不僅是一個(gè)展會(huì)的吸睛工具，而且可以在客戶來(lái)訪時(shí)演示如何操作機(jī)器。

　　圖2 MagicLens：該應(yīng)用程序使觀眾能夠以3 D動(dòng)畫(huà)的形式觀看焊接機(jī)中的焊接過(guò)程以及技術(shù)組件和可選附件

　　基于激光的紅外焊接

　　接頭部件的光學(xué)性能在激光傳輸焊接過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。一個(gè)接頭部件必須能夠透射激光，才能使引入的輻射穿透到接頭區(qū)域。另一個(gè)接頭部件則吸收激光輻射來(lái)加熱和熔化塑料。在K 2016展會(huì)上，總部位于德國(guó)諾伊芬的bielomatik Leuze GmbH + Co. KG公司首次推出了基于激光的紅外焊接技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了機(jī)械工程的兩步式紅外焊接和虛擬同步激光焊接技術(shù)的特點(diǎn)。在不同時(shí)間段進(jìn)行加熱和焊接。待焊接表面通過(guò)兩個(gè)固定的激光掃描器加熱后，接頭部件再在透射之后被施加壓力進(jìn)行焊接。掃描器的高掃描速度可靈活調(diào)節(jié)。基于激光的紅外焊接的概念體現(xiàn)在了LasIR K3650新型系統(tǒng)上。

　　圖3 激光掃描器和接頭部件支架：兩個(gè)固定的激光掃描器對(duì)LasIR K3650中的接頭表面進(jìn)行加熱，然后施加壓力進(jìn)行焊接

　　與激光透射焊接相比，該技術(shù)無(wú)需使用激光透明塑料或采用特殊的接頭區(qū)域設(shè)計(jì)?；诩す獾募t外焊接技術(shù)的其他優(yōu)勢(shì)是沒(méi)有顆粒產(chǎn)生和高焊接強(qiáng)度。制造商表示，后者還適用于帶有關(guān)鍵組件和嵌件的殼體部件，以及目前為止無(wú)法用激光焊接的特殊部件結(jié)構(gòu)。此外，部件修改和公差調(diào)整也變得更為簡(jiǎn)單。

　　Bielomatic還展示了尿素箱在可直接與輸送系統(tǒng)集成的自動(dòng)化系統(tǒng)中的焊接，該方法適用于接合箱體部件。從簡(jiǎn)單的手動(dòng)進(jìn)料單元、半自動(dòng)單元到復(fù)雜的全自動(dòng)生產(chǎn)線，工廠配置可單獨(dú)定制。

　　高頻焊接單元用于血袋生產(chǎn)

　　血袋和輸液袋一般用高頻焊接技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)。塑料的高頻激發(fā)通過(guò)聚合物材料中的分子振動(dòng)而產(chǎn)生用于焊接的熱量。到目前為止，管式發(fā)生器一直用于產(chǎn)生振動(dòng)。zui新一代用于加工醫(yī)用塑料薄膜的發(fā)生器采用數(shù)字化操作。借助于半導(dǎo)體技術(shù)的振動(dòng)激發(fā)具有的優(yōu)勢(shì)諸如緊湊設(shè)計(jì)、避免磨損和易于維護(hù)。

　　圖4 僅需一根電焊條： 用KIR Swifter單元生產(chǎn)血袋

　　除了固態(tài)發(fā)生器，觀眾還目睹了Kiefel GmbH公司用新型KIR Swifter系統(tǒng)生產(chǎn)血袋的過(guò)程。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)只需一根電焊條用于血袋的高頻焊接，省卻了之前所需的第二根電焊條。它通過(guò)特殊的電焊條結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生高頻雜散場(chǎng)來(lái)加熱和塑化接頭區(qū)域中的聚合物。雜散場(chǎng)技術(shù)減少了系統(tǒng)集成的工作量，并使血袋產(chǎn)量提升了約三分之一。此外，在制造過(guò)程中，沖壓可在頭部區(qū)域進(jìn)行，并且還可單獨(dú)設(shè)計(jì)進(jìn)行焊接。極其緊湊的血袋系統(tǒng)還降低了潔凈室中昂貴的空間需求。

　　自動(dòng)管道加工

　　總部位于德國(guó)巴德利本策爾的Eugen Riexinger GmbH & Co. KG公司以T形管道接頭為例展示了用于柔性管道加工的自動(dòng)化系統(tǒng)。首先，接頭區(qū)域經(jīng)過(guò)一次加工。隨后，自動(dòng)進(jìn)行刀具更換，用焊接擠出機(jī)替換銑削工具來(lái)演示管道接頭的焊接。使用的焊接擠出機(jī)來(lái)自于德國(guó)的Munsch Kunststoff-Schweisstechnik GmbH公司，它還為機(jī)器人應(yīng)用提供了必要接口。除了為各個(gè)部件的焊接做準(zhǔn)備，它還可以隨后加工組件。

　　圖5 適用于機(jī)器人的焊接擠出機(jī)

　　熱空氣回收

　　總部位于瑞士Kaegiswil的Leister Technologies AG公司的研發(fā)重心在于優(yōu)化激光焊接生產(chǎn)線，提高其靈活性。因此，該公司的塑料激光焊接部門(mén)提出了一個(gè)包含兩個(gè)基本光學(xué)系統(tǒng)的zui新光學(xué)概念——基礎(chǔ)技術(shù)和高級(jí)技術(shù)。BT僅由光學(xué)部件組成，但AT光學(xué)包括具有過(guò)程監(jiān)控功能的集成電子。兩個(gè)光學(xué)系統(tǒng)均可安裝不同的光束成形模塊來(lái)產(chǎn)生點(diǎn)狀、環(huán)形和線性光束結(jié)構(gòu)。因此，該系統(tǒng)能夠輕松地完成特定的焊接任務(wù)，并可用單個(gè)設(shè)備來(lái)生產(chǎn)各種產(chǎn)品。觀眾可以在手動(dòng)操作站試用這兩種激光焊接概念，還有機(jī)會(huì)用BT光學(xué)將放大鏡焊接在Novolas Tabletop System上。此外，在配備多個(gè)激光和光學(xué)模塊的Novolas WS-AT系統(tǒng)上，觀眾還能夠生產(chǎn)氣球并當(dāng)場(chǎng)看到焊接質(zhì)量。

　　圖6 徑流式風(fēng)機(jī)再循環(huán)：熱空氣再循環(huán)的優(yōu)勢(shì)從爆米花生產(chǎn)中可見(jiàn)一斑

　　余熱部門(mén)展示了用于工業(yè)余熱回收的熱空氣系統(tǒng)。徑流吹風(fēng)再循環(huán)風(fēng)機(jī)可承受zui高350 ℃的入口溫度，可用于配套的雙法蘭空氣加熱器的空氣供應(yīng)，使系統(tǒng)能夠利用熱廢氣操作，從而節(jié)省能源和成本。

　　輕量化設(shè)計(jì)中的緊固螺釘連接

　　總部位于德國(guó)巴德貝爾萊堡的Ejot GmbH & Co. KG公司以輕量化設(shè)計(jì)的主題產(chǎn)生極大的吸引力。具有良好機(jī)械性能的混合部件結(jié)構(gòu)越來(lái)越多地用于zui新應(yīng)用。這些結(jié)構(gòu)包括由泡沫塑料或高剛度蜂窩結(jié)構(gòu)作為芯層的夾芯材料。表層通常由木材、GRP或CRP材料制成。目前，各種材料組合通常由粘合劑直接粘合，但也可能需要其他的輔助連接元件。其缺點(diǎn)是粘合表面需要經(jīng)過(guò)精細(xì)而又耗時(shí)的制備。一些粘合劑較長(zhǎng)的固化時(shí)間還會(huì)耽擱下一步加工或連接點(diǎn)能夠承受機(jī)械載荷的時(shí)間。

　　為了解決這個(gè)問(wèn)題，Ejot推出了一種緊固解決方案，該方案不需要特殊的部件制備。TSSD熱粘合螺轂使輕量化材料組合能夠可靠地粘合。TSSD是一種特殊的熱塑性連接元件。螺轂安裝在待連接的部件組件上，然后在施以特定壓力的同時(shí)加速到指定的旋轉(zhuǎn)速度。摩擦效應(yīng)使復(fù)合材料的表層持續(xù)加熱，熔融的TSSD組分再滲透到芯層。通過(guò)滲透到中間層的中空空間并凝固，塑料熔體產(chǎn)生了互鎖連接。

　　圖7 接合熱粘合螺轂的工藝流程

　　此外，當(dāng)?shù)竭_(dá)末端時(shí)，外層材料的纖維組分被嵌入TSSD的熔融邊緣區(qū)域。當(dāng)它固化時(shí)，它們被牢牢地固定在熱塑性螺轂上，產(chǎn)生額外的摩擦、粘合和互鎖連接。熱粘合螺轂既可用作與對(duì)應(yīng)的Ejot Delta PT螺釘配套的螺轂，也可用作直接連接元件。根據(jù)設(shè)計(jì)和客戶意愿的不同，可拆卸或永久連接均可實(shí)現(xiàn)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文介紹了一些塑料部件連接的zui新發(fā)展。大部分公司不僅關(guān)注連接工藝和相關(guān)設(shè)備技術(shù)，而且越來(lái)越重視焊接工藝和生產(chǎn)環(huán)境的集成以及工藝數(shù)據(jù)和虛擬工藝建模的充分利用。