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

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

　　不只是一個發(fā)生器

　　熱塑性塑料的超聲波焊接是一個成熟的行業(yè)技術(shù)，其特點是焊接時間短、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、評估和可視化?？偛课挥诘聡_維發(fā)利的Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG公司在K 2016上推出了Ultraplast AMG——專為自動化領(lǐng)域開發(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)合控制和自動化過程的額外優(yōu)勢，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)通信接口的安裝簡化了發(fā)生器和機(jī)器控制單元之間的通信，實現(xiàn)了與不同供應(yīng)商之間可編程邏輯控制器的快速、無干擾的數(shù)據(jù)和信號交換?？蛇x擇具有實時能力的現(xiàn)場總線接口用于記錄更多的工藝數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)，它能夠在與智能傳感器聯(lián)網(wǎng)的同時實現(xiàn)AMG和機(jī)器控制系統(tǒng)之間的通信，從而有選擇性地識別缺陷部件并將其從生產(chǎn)過程中排除。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數(shù)據(jù)導(dǎo)出接口以CSV或ASCII格式輸出zui多166個參數(shù)。在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，記錄的數(shù)據(jù)均以清晰的文件夾結(jié)構(gòu)自動存儲。

　　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個獨立焊接操作的工藝數(shù)據(jù)可在每分鐘30個焊接點的循環(huán)頻率下，暫時存儲在超聲波發(fā)生器中。緩沖時間約為6小時。網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)連接之后，數(shù)據(jù)庫將自動更新，因此不會造成數(shù)據(jù)丟失。

　　實用焊接試樣

　　觀眾在一個可進(jìn)行生產(chǎn)相關(guān)焊接試驗的創(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)過評估，從而獲得理想的焊接質(zhì)量。為了將振動能量集中在焊接區(qū)域，與工藝相關(guān)的接頭設(shè)計對超聲波焊接來說至關(guān)重要。Herrmann Ultraschall公司與Barlog集團(tuán)一起開發(fā)了一種多功能的試樣，它可通過常用的舌槽接頭生產(chǎn)，也可采用壓邊接頭設(shè)計。此外，zui新設(shè)計的試樣還可進(jìn)行近場或遠(yuǎn)場焊接。出于巧妙的試樣概念，焊縫可用機(jī)械載荷來表現(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。

　　試樣還可對膜焊接進(jìn)行試驗。制造商表示，用作過濾介質(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，例如汽車和醫(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。無需再預(yù)切單層膜，而且周期時間顯著減少。

　　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振動焊接機(jī)。新型振動焊接機(jī)的操作模式通過基于平板電腦的“MagicLens”應(yīng)用程序可視化，其原理是增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)。通過這一方式，觀眾可通過3D動畫模型來實際觀察焊接過程以及技術(shù)組件和可配置可選附件。MagicLens不僅是一個展會的吸睛工具，而且可以在客戶來訪時演示如何操作機(jī)器。

　　圖2 MagicLens：該應(yīng)用程序使觀眾能夠以3 D動畫的形式觀看焊接機(jī)中的焊接過程以及技術(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程中發(fā)揮著重要作用。一個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。另一個接頭部件則吸收激光輻射來加熱和熔化塑料。在K 2016展會上，總部位于德國諾伊芬的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。在不同時間段進(jìn)行加熱和焊接。待焊接表面通過兩個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)?；诩す獾募t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：兩個固定的激光掃描器對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)無需使用激光透明塑料或采用特殊的接頭區(qū)域設(shè)計?；诩す獾募t外焊接技術(shù)的其他優(yōu)勢是沒有顆粒產(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)整也變得更為簡單。

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

　　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)通過聚合物材料中的分子振動而產(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。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)的振動激發(fā)具有的優(yōu)勢諸如緊湊設(shè)計、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。它通過特殊的電焊條結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生高頻雜散場來加熱和塑化接頭區(qū)域中的聚合物。雜散場技術(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，在制造過程中，沖壓可在頭部區(qū)域進(jìn)行，并且還可單獨設(shè)計進(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。

　　自動管道加工

　　總部位于德國巴德利本策爾的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化系統(tǒng)。首先，接頭區(qū)域經(jīng)過一次加工。隨后，自動進(jìn)行刀具更換，用焊接擠出機(jī)替換銑削工具來演示管道接頭的焊接。使用的焊接擠出機(jī)來自于德國的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提出了一個包含兩個基本光學(xué)系統(tǒng)的zui新光學(xué)概念——基礎(chǔ)技術(shù)和高級技術(shù)。BT僅由光學(xué)部件組成，但AT光學(xué)包括具有過程監(jiān)控功能的集成電子。兩個光學(xué)系統(tǒng)均可安裝不同的光束成形模塊來產(chǎn)生點狀、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)，并可用單個設(shè)備來生產(chǎn)各種產(chǎn)品。觀眾可以在手動操作站試用這兩種激光焊接概念，還有機(jī)會用BT光學(xué)將放大鏡焊接在Novolas Tabletop System上。此外，在配備多個激光和光學(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)勢從爆米花生產(chǎn)中可見一斑

　　余熱部門展示了用于工業(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)計中的緊固螺釘連接

　　總部位于德國巴德貝爾萊堡的Ejot GmbH & Co. KG公司以輕量化設(shè)計的主題產(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。其缺點是粘合表面需要經(jīng)過精細(xì)而又耗時的制備。一些粘合劑較長的固化時間還會耽擱下一步加工或連接點能夠承受機(jī)械載荷的時間。

　　為了解決這個問題，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，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，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)計和客戶意愿的不同，可拆卸或永久連接均可實現(xiàn)。

　　結(jié)語

　　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。