高频焊接设备：“C”形压力机，“桥”形压力机http://www.servo-pressing.com/

1 概述

在塑料制品的生产过程中使用了各种不同类型的机械设备。一般来说，这些设备可以分为以下几类：

(a) 用于射频高频焊接前的材料准备，例如切割机、切纸机、切板机、剪切机等。 (b) 射频高频焊接机 (c) 产品的组装和加工，例如撕裂密封剥离器、铆接机、印刷机、按扣缝纫机等。

除了射频高频焊接机之外，其他类型的机械设备超出了本手册的范围，但要记住许多机械设备可用于制造含有焊接塑料零件的产品。

2 高频焊接机

射频高频焊接机器的应用非常广泛。这些机器可用于生产各种各样的产品，从钥匙挂件等小型物品到汽车零部件等较大物品。为了生产如此广泛的产品，存在许多不同类型的射频高频焊接机器。

影响所需机器类型的不仅是所生产零部件的尺寸，还有所生产零部件的类型。例如，简单的产品可能只需要将两个工件焊接在一起。而其他零部件则需要在焊接前进行组装，焊接后进行加工。这些因素都会影响机器的设计。

3 主要组件

所有的高频焊接机器都包含以下四个主要的基本组件:

(a) 高频发生器

(b) 压力系统

(c) 工件处理机构

(d) 控制系统

3.1 高频发生器

射频高频发生器产生进行焊接过程所需的高频电能。在小型机器中，发生器通常集成在机器外壳内，而在较大的机器中，发生器是一个独立的设备，位于机器旁边。

输出频率通常为27.12 MHz，并保持在+0.6%范围内。

最大输出功率因机器而异，取决于要焊接的材料类型、材料厚度和所需焊缝的面积。对于任何机器，最大功率输出以瓦特或千瓦特为单位，被称为机器的额定功率，是机器规格中最重要的项目之一。机器的额定功率从几百瓦到数十千瓦不等。

输出功率水平可以调整以适应焊接所需的条件。输出功率的可视指示由面板仪表提供，通常是移动线圈型。通过观察该仪表，可以监控焊接的进程。

发生器的输出阶段采用热电子管。尽管半导体器件在低功率范围内可以提供所需的输出功率，但电子管更加耐用，能够承受焊接过程中的不稳定负载。电子管会随着时间和使用而逐渐衰减，并在长时间使用后需要更换（通常是几年一次）。

3.2 压力机

压力机提供了在施加射频高频功率时将焊接工具压在工作材料上的手段，以及随后必要的冷却时间。

脚踏式焊接机通常采用下冲式压力机，具有多功能的工具夹持装置，可以将工具压在放置在坚固金属工作台上的工作材料上，该工作台通常称为平板。

较大的机器可能会提供一个“上”平板，用于放置大型工具，利用该平板的强度，在将其压到工作材料上时防止变形。

有两种主要类型的压力机，一种是“C”形压力机，另一种是“桥”形压力机。

C型压力机 - 压力机的侧视图类似于字母“C”。这种结构方法需要使用相对较重的铸件。由于压力机的机身位于机器的后部，因此在平板之间的工作区域是不受阻碍的。射频功率从压力机的中心供给到上电极。这种类型的压力机用于从小型脚踏式型号到能够施加数吨力的动力压力机的机器中。

桥式压力机 - 压力机采用工作区域两侧的支撑结构，上平板从支撑结构之间的“跨度”操作。这种结构方法使用相对轻量的部件提供了坚固且对称的压力机。这种类型的压力机的可访问性仅限于两侧支撑结构之间的前后部分。射频功率可以从“桥”两侧供给，或从顶部中央供给，以实现工具的射频场均匀分布。

3.3 控制系统

控制系统的目的是确保机器可以高效且安全地启动、操作和停止。控制系统范围从小型机器上的简单机械和电气控制到大型复杂机器上的全面机器和工艺自动化。可以控制的功能包括：

a) 在必要的“安全”互锁条件下启动机器。

b) 监控和调整工艺参数：

  (i) 焊接压力和压力机行程。

  (ii) 向工件输入射频高频功率，即焊接循环的加热阶段。

  (iii) 控制加热和冷却阶段的时间。

  (iv) 操作工件处理系统。

c) 在紧急情况或潜在危险情况下停止机器，例如操作员试图在没有安全防护的情况下使用机器。

d) 监测射频高频功率，以便检测是否有电弧，并关闭发电机以限制电弧的影响。

e) 在检测到电气过载时，通过切断电源来保护电动机和其他电气元件。

现代机器采用了复杂的控制系统，使用先进的软件控制设备，例如微处理器和可编程逻辑控制器（PLC）。这些设备能够准确地实现控制功能，并具有良好的重复性。

3.4 处理机制

处理机构将工件送入压力机，然后将它们定位在压力机下进行焊接。焊接完成后，工件被取出。处理机制有几种类型：

手动

在小型机器上，例如脚踏式机器，工件是通过手工送入压力机、定位焊接并手动取出的。

线性

传送带系统将工件材料送入压力机。传送带停下来将工件正确定位以进行焊接（这称为“分步定位”），然后将工件从压力机取出。当线性定位机正确调整后，操作员只需监测焊接质量，确保有足够的工件材料供应，并取出成品。

旋转式

圆形转盘旋转定位工件。这允许操作员在多个工作站上在焊接前组装工件，并取出焊接后的工件。旋转转盘的工作站数量取决于工件的复杂性和后续加工的数量。

轨道式

当工件过大无法放入固定的机器时，例如帆布、游泳池衬里等，会使用轨道处理机制。在这种类型的机器中，工件保持静止，焊接压力机沿轨道移动以进行重复的焊接。

除上述处理机制外，一些机器（例如线性和旋转式）可以配备“定位组件”。这些组件使用气动控制的吸盘，自动从堆叠中拾取零件，然后放置在工作台上准备焊接。定位组件可以处理PVC等工件。

4 机器类型

4.1 脚踏式

典型的脚踏式机器如图3-1所示。工件被放置在形成工作台的下压板上。通过踩踏脚踏板，将焊接工具与工件接触。

迅准压力机

4.2 卷料直线式

典型简单的卷料直线式机器如图3-2所示。工件材料从安装在卷筒轴上的卷料中供给。输送带将工件材料和隔离材料通过机器，每个工件都会停止索引以进行焊接。焊接完成后，工件可以批量取出进行后续处理，例如剥离等。

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卷料直线式机器的特殊版本可能会更加复杂。例如，用于生产文具文件夹的机器可以执行以下操作：

(a) 从卷料中自动调整卷张力，供给上下工件材料。

(b) 将灰板置于两个工件层之间。

(c) 在组装好的工件上方放置一张透明PVC封面。

(d) 对组装好的零部件进行焊接。

(e) 在文件夹的书脊上放置一个袋子，然后将其焊接到书脊上。

(f) 剥离焊接好的文件夹多余材料。

(g) 将剥离后的文件夹堆放在输送带上。

这种类型的自动化机器价格昂贵，并且设置生产线通常需要一到两个小时。因此，为了经济运作，这种机器通常只在生产1000个或更多文件夹的批量时使用。

4.3 旋转式

转盘机如图3-3所示。这种机器采用圆形转盘，上面有多个工作站。操作员可以在每个工作站上进行组装或剥离工件。当一个工件被组装好后，整个转盘会旋转，然后对工件进行焊接。焊接完成后，转盘再次旋转，然后将工件剥离。

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4.4 穿梭式

典型的左右移动式穿梭操作机器如图3-4所示。下部平台由两个连动的穿梭托盘组成。工件在穿梭托盘中准备好进行焊接。一个托盘被移出焊接头的范围，另一个托盘被移到焊接头下方。这种类型的机器可以让两名操作员只使用一个焊接头来准备和完成产品。

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这种机器的另一个版本是上下移动式穿梭，其中两个托盘上下排列。这允许操作员在一个托盘上准备和完成产品，同时另一个托盘在焊接头下方。

如果配备了自动调谐功能以允许每个托盘独立装载，并且电极安装在托盘中，可以在交替周期中在每个托盘中制造不同的产品。

5 工装

工装是机器的一部分，它被压在工件上进行焊接。下面是一个典型的简单工装组件示例。这种类型的工装被射频高频焊接行业广泛用于生产小型物品，例如文具夹，演示文件夹等。

工装通常固定在机器的上部平台上。然而，如果工件的构造要求如此，工装可以固定在下部平台或托盘中。

5.1 工装组件

如图3-5所示，工装组件由一个工装平板组成，它上面安装了一条形状的焊接规则条，支撑着长度的铝固定支架。焊接规则条所围成的区域填充有填充物。

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工装平板由铝板制成，必须足够坚固，以在焊接过程中承受施加的压力而不发生变形。对于上述小型工装组件，通常使用3毫米的铝板。工装平板上有几个固定孔，使其可以螺栓固定在平板上。

5.2 焊接尺

焊接尺由黄铜条制成，提供多种不同的横截面轮廓，以实现各种类型的焊接。如图3-6所示，焊接尺主要分为两类。

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a) 平缝焊接 - 如图3-6（a）所示，采用平坦的轮廓将两层或更多层的工件材料焊接在一起。这种焊接方式常用于制作褶皱，例如当成品需要能够弯曲时，同时还可通过在轮廓的表面加工出图案来制作装饰面板。

b) 撕裂焊接 - 如图3-6（b）所示，采用尖锐的轮廓高度压缩加热后的工件材料。焊接后，形成的焊缝非常薄，以至于可以撕开，从而使工件与周围材料分离。

请注意，撕裂焊缝的边缘是尖锐的，类似于刀刃，如果允许它与下部平板过于接近，存在引发电弧和损坏边缘的风险。此外，如果边缘触碰到下部平板，它将变得钝化。为消除这些风险，工件与下部平板之间放置了一层隔离材料。除了具有保护作用外，隔离材料还起到隔热作用，减少了工件的热损失，从而提高了焊接过程的效率。

常见的焊接尺是平缝和撕裂轮廓的组合，如图3-6（c）所示。这样可在平缝焊缝旁边得到一个撕裂焊缝，为工件提供一个可从周围材料中剥离的“整洁”边缘，如图3-6（d）所示。

典型撕裂焊接工艺的一个示例是焊接两层PVC，每层厚度为350微米。在撕裂焊缝的平缝焊接部分，将两层压缩为与单层厚度相等的组合厚度，即在此例中为350微米。

压缩区域焊接厚度与原始层组合厚度的比值称为焊接差异，并由焊接尺的设计确定。这个比值是平缝焊缝轮廓的“高度”与撕裂边缘的高度之间的比值。

实际上，焊接差异设置在约50%至66%的范围内。这个比值是一个近似值，并取决于要焊接的材料。

在焊接区域涉及到焊接层数的变化时，可以使用分段式焊接差异，以确保焊接区域的厚度是均匀的。另外，还可以使用倾斜式差异，即随着焊接层数的增加/减少逐渐改变（锥形），这取决于产品的类型和所需的表面效果。选择使用分段式还是倾斜式差异取决于产品的类型和所需的表面效果。

请注意，焊接尺的内侧边缘必须是圆形的。如果它们是方形的，在焊接过程中当PVC被拉紧时，它们可能会切入PVC，导致PVC破裂，可能会在焊接过程中产生闪光。

5.3 包装材料

在一些产品（如活页夹）中，焊接规则所围成的工具区域填充了泡沫包装材料。包装材料的目的是在焊接过程中支撑工件，以确保：

(a) 在完成焊接前，所有工件之间的空气被排出。

(b) 将靠近焊缝的工件区域牢固地固定在一起，以防止分裂。

为了为工件提供最大的支撑，包装材料应填满焊接规则所围成的区域，但实际上不应与焊接规则的轮廓接触。实际上，包装材料的顶部应稍微高于焊接规则的顶部，并且包装材料的边缘与焊接尺之间的间隙在任何地方都不应超过0.5毫米。

请注意，对于其他一些应用，需要支撑（但不需要泡沫材料提供的压缩），会使用其他类型的包装材料，例如Acetol或Tufnol。

6 焊接前的准备工作

在进行焊接之前，必须对工件材料和待插入的零件进行准备和组装。所使用的实际程序取决于焊接工艺的类型，但在制造文具类产品，如活页夹、板夹等时，通常的步骤如下：

1）PVC片材通常以卷装供应，需进行分条和切割，以生产出工件板。卷材被送入一个装有多个与材料行进方向平行的刀片的切条机。当材料经过刀片时，会被切割成适合焊接工艺的正确宽度的条状。在分条后，材料在切割机上被切成所需的长度。这两个操作可以由一个镶板机依次完成。

2）要插入的灰板在切割机上被剪切至合适尺寸，并将最终产品外缘的角部做成圆角。注意：在切割和焊接之间要留出足够的时间，以便PVC能够收缩。

3）PVC工件和灰板插入件在工作台上进行组装和对齐，以备进行焊接。

正确对齐工件和插入件，确保焊接在所需位置进行，以适应插入件的位置。如果需要进行多次焊接操作，则所有后续操作都必须使用相同的对齐基准。

实际的对齐是通过在工作台上使用对齐边缘和夹具来实现的。

文具活页夹制造中使用的简单对齐装置如图3-7所示。对齐边缘用于定位工件，而夹具则用于定位构成活页夹封面加强板和脊线的三块灰板。

迅准压力机

这个夹具由一对铰接在一起的条杆组成，通常使用24英寸长的焊接规条铰接在一起形成夹具。其中一根条杆固定在工作台上，另一根条杆上钻有一系列螺纹定位孔，使得可滑动对准指示器可以沿着条杆的任意位置进行定位。一旦夹具为当前任务设置完毕，使用方法如下：

1. 将铰接条杆翻开，使其远离工作区域。

2. 将下层工件放在工作台上，并靠着对准边缘。

3. 将铰接条杆翻到下层工件上方。

4. 用对准指示器将三块灰板对准。

5. 将铰接条杆翻开，使其远离工件。

6. 将上层工件放在工作台上，并靠着对准边缘。

7. 进行焊接操作。

类似所示的夹具可以构建用于对位距离工件较远的组件。对于短期生产批次，可以使用纸板制作临时夹具，并使用胶带作为铰链。

注意，靠近电极的金属夹具会吸收高频能量。当高频焊接机靠近其最大额定功率运行时，这种吸收可能足以降低焊接质量。在这种情况下，应考虑使用非金属材料制作夹具。