摘要：热板焊接的组成及作用、原理、特点、产品前期设计及生产工艺
关键词：热板焊接；材料；CAE；优化；车灯；
1 热板焊接的组成及作用：
（1）外壳部分：起到保护内部零件及人员安全的作用；
（2）压合动力部分：分有气压传动、、油压传动和电机传动。①气压传动由高压气体驱动冲程气缸带动热板焊模具系统上下移动；②油压传动通过抽液泵将油箱油液泵往液压缸的加压和将油液放回油箱来带动热板焊模具系统上下移动；③电机传动则是由两个伺服电动通过转动带动螺杆分别控制热板焊上下模具的上下移动。（3）控制部分：由PLC和温度控制器组成。为设备各部件的动作顺序、热板模通电加热与否提供信号支持，即相当于设备的大脑指挥自身零件开关的动作。（5）电器部分：触摸屏及控制器、磁性开关、电加热管，电器部分主要分为热板温度控制系统和上下模板及热板模运动机构动作的程控系统。主要通过接收PLC提供的信号作出零件自身开关动作。（6）机械装置和模具部分：机架、导轨、导柱和模具。机架为设备框架相固定整台设备零件，相当于建筑的地基，模具通过动力部分推动在导轨或导柱上作往复运动。分为冷模和热模，冷模用于入置待焊接的工件和压合焊接；热模即为加热板，用于加热熔融工件。
2 热板焊接原理及特点
热板接焊是一种常用的塑料焊接技术，主要是通过由温度控件制的加热模板将两个要焊接的工件贴在加热模板上进行加热，使其达到熔融的状态，然后施加一定的压力将两个工件压合粘在一起，达到焊接粘合的效果。热塑性塑料的状态随着温度的升高而变化。当温度升高到一定程度时，首先发生分子间的微滑移，然后发生软化、熔化和气化。有些材料在一定的温度段也与热板模生产拉丝现象，影响焊接效果，根据材料的特点，选择合适的加热温度和加热时间，以控制分解层、熔化层和软化层的厚度，避免温度导致拉丝或焊接不牢固的现象。合理控制软化层、熔化层和分解层的厚度，不仅能使产品具有更稳定牢固的粘结强度，而且能有效地减少甚至消除内应力的产生及其影响。特点：（1）噪音小（相比于超声波、振动摩焊）；（2）对焊接零件的尺寸、变形量的要求较低；（3）焊接调模技术易于掌握，在调试焊接模时更容易找出问题点进而解决；（4）待焊接的零件无需作其它的特殊处理；（5）焊接粘结力强，焊接粘合位置的机械强度接近于母材；（6）焊接点性能稳定、不易产生老化而分离的现象；
3 电热板和热板焊机的工作原理
电热板是热板焊机的主要部件，主要由铜铝或钢制成。其与工件接触的加热表面直接影响焊接质量，因此热板模的材料与制造加工就极为重要。加热管被放置在热板模内，通过温控器控制加热管的通电工作状态来使热板模保持稳定的工作温度。两个待焊接的工件固定在两个夹具上处于热模的两侧，焊机在气缸或其它动力部件以一定压力自动将两个工件压至热模，待工件焊接处逐渐熔融后退回原位，热板模移出后两个工件再压合在一起保持至熔融位置固化（一般几秒钟），固定工件的夹具松开工件打开，此时焊接完成，两个工件粘合在一起。
4 材料：
并非所有材质的塑料都可以焊接在一起，不同的材料组合，焊接强度也不同（比如PP与PMMA就不能焊接，PMMA与PC焊接强度比较底，但PMMA与PC\ABS合金料焊接强度就很高）。因为它们的温度特性差别太大，这跟焊接方式是没有关系的。根据塑料的化学成分、性态及温度作用，通常分为两大类：热塑性塑料和热固性塑料。塑料的焊接其实就是指导热塑性的焊接，热塑性塑料还可以分为结晶型和非结晶型两大类，由于塑料结晶是不完全，所以结晶型塑料也常称作晶态塑料（如PE、PP、PA、POM等），非结晶型塑料也称作无定型塑料（如PVC、PS、PMMA、PC、ABS等）非结晶型塑料通常要比结晶型塑料容易焊接。根据产量和应用情况选材料：通用塑料（指产量高价格低应用广）、工程塑料（指强度、刚度、韧性均好且具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射的性能）、功能塑料（能满足特殊功能和要求）。
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5 工艺
要不同材料的工件焊接在一起首先要考虑它材料粘合的可能性及粘结强度能否满足要求。根据不同的材料选用适合的加热温和加热板的材料。加热板材料：如加热温度过高会影响到加热板的膨胀变形量，对精度要求高的工件会造成影响，且加热温度超过了材料的熔点就容易产生碳化现象而影响粘结的性能。加热温度过低就会出现工件拉丝的现象，为避免拉丝的现象和塑料粘在加热板上影响生产质量，在必要的时候，可以在加热板表面涂上聚四氟乙烯（俗称铁氟龙）的防护层，可以有效的避免工件热熔后拉丝的现象和减缓加热板的受伤磨，以及防止有些塑料在高温下产生不必要的分解（因为铁、铜、铝在特定的温度环境下对塑料有催化分解的用）。选用合适的加热板材料对应焊接工件塑料的性能，加上适合的加热板热熔温度和工件焊接压合的距离、压力可以更好的提高生产的效率。生产效率关键在于时间的控制，所以对工件的热熔时间、压合时间、冷却时间要很好的把控才行，热熔时间长不但效率降你且使工件的热熔层过深影响外观的质量（前期的产品设计可考虑从结构或花纹来覆盖）和产品的尺寸，更会造成塑料碳化而使焊接强度不牢固（通常均在4～8秒）。压合的压力则通过设备来调整，跟据产品和设备取值从几十到几百公斤或者更高的均有。压合距离的则可以通过设备设定，也可以从焊接压合治具的限位杆来调节（所有的限位杆必须压合到位），压合距离不但可以有效的降低压合力过大而压坏产品的现象，还可以很好的控制产品稳定性和尺寸。调整好治具的压合缓冲及导套、导轴配合可以很好的保证压合效果和延长治具受命，通过治具上前后、左右、上下方向调节的三次元调节器则能很好的应对热熔角度的调模所需。对于结构复杂的工件在压合焊接的方向角度上也是关键点，热熔及压合角度合适可以使焊接压合时的压力均匀分布在各个点，使产品焊接点的粘合强度一致，能很好的避免出现某些位置粘结不牢的虚焊现象（多数由于两个工件焊接热熔位置熔融厚度不同和压合工装夹具压合面不均匀或压力不均造成，当然焊接面干净无杂物也极为重要），此处就关联到前期焊接治具的设计。
6 CAE（计算机辅助工程）
通过借助计算机分析计算可以很好的确保产品设计的合理性，减少设计成本，缩减设计和分析的循环周期。在产品前期模型设计中就必须考虑好其结构，焊接压合的角度和焊接点外观处理等问题。可在CAE软件中（如UG、catia、solidworks等）做有限元分析，通过拟定的产品材料物理性能系数，有限元分析出的结果在很大程度可以很好得出焊接粘合的可行性。有限元分析与实际经验结合做设计上的优化，指定产品的目标函数而求得理想的工件外形及尺寸厚度设计上的优化，再根据实经经验做些许的加强改动。同样通过运动仿真摸拟可以很好的了解到焊接治具的运行配合及工件压合、出模角度的可行性，从而进一步确保治具结构设计的合理性。
7 热板焊在汽车灯具的应用
在热板焊接普及在车灯行业之前，车灯的配光镜与灯壳的装配多数采用填充密封胶做联接和防水密封加以螺钉坚固的方式。常见的密封胶分为热熔胶和冷胶（又分为单组分胶和双组分胶），从最早的丁基热熔胶因固化粘结快而被广泛使用，但由于其粘接强度较低，耐温性差且易老化造成灯具漏水（PUR热熔胶粘接性能好但耐高温和耐紫外线老化性能差，一般使用3年就会出现龟裂现象）。冷胶则是固化时间长（双组份胶20～90S，单组份胶4～72H），冷胶对部分材料粘结性较差，粘结前要对工件的粘结面作表面活化处理。冷胶设备要定期排胶清理维护，否则会出现胶体在设备内固化而堵塞的情况，增加成本影响生产效率，同时也因高温和紫外线而老化。当前因热板焊接方式的高效已被普及在尾灯的生产上，因前大灯要求透明度、耐热、耐紫外线上的要求比尾灯高而采用不同材料（一般配光镜用PC，灯壳用PP），而使用的材料在热焊接工艺上的焊接强度较差未能被应用。将来也许会因材料的改良用上热板焊工艺或出现更好的密封装配工艺。
结束语：
总之，随着塑料件在日常中的广泛应用，因热板焊接工艺的高效被各行业采用也肯定会越来越多，热板工艺也一定会不断成熟和完善。
参考文献：
［1］赵鹏华.浅谈热板焊接及其在车灯行业的应用.2018.
［2］刘海燕.探讨热板焊接及其在车灯行业的应用.2017.
论文作者:胡兴权
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/13
标签：工件论文; 塑料论文; 材料论文; 很好论文; 温度论文; 强度论文; 车灯论文; 《基层建设》2019年第31期论文;