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超声波焊接技术在汽车炮筒式仪表上应用

为满足年轻顾客对汽车外形和内饰越来越动感、时尚、个性化的需求,作为重要内饰件和功能件的组合仪表,越来越多地采用炮筒式结构,以达到动感、时尚效果。炮筒式仪表一般是仪表正面装上2个或3个圆筒形装饰圈,就像大炮的炮筒,所以叫炮筒式仪表。

不同车型,因价格或造型设计的不同,其炮筒装饰圈的安装方式和结构也各不相同。很多汽车炮筒式仪表的炮筒装饰圈与曲面玻璃安装采用卡扣式安装结构。但卡扣式结构复杂,要求卡扣卡角较厚,但厚的卡扣在炮筒装饰圈注塑成型后会产生缩壁和缩痕,影响仪表外形的美观,且卡扣配合存在间隙,在汽车行驶震动过程中会产生异响,从而引起顾客的抱怨。而一些仪表受外形大小和成本的考虑,炮筒装饰圈无法采用卡扣式结构安装在仪表曲面玻璃上。所以需找出一种新的安装结构来解决这些问题。

随着超声波技术的发展,其在汽车零部件中的应用也越来越广泛,特别是在汽车塑料件中的应用。下面介绍一种通过创新设计,采用超声波焊接技术,把炮筒装饰圈直接焊接在仪表曲面玻璃上的应用。

超声波焊接原理

超声波焊接是由超声发生器将220V/50Hz的电能转换成高频电振荡(一般为16~25kHz)电能,施加于超声换能器上,而超声换能器将高频电振荡转换成超声频振动。超声频振动通过变幅杆放大振幅,并驱动以一定的静压力压在工件表面上的工具产生相应频率的振动。

通过上焊件把超声能量传送到焊区,由于焊区即2个焊接的交界面处声阻大,因此会产生局部高温。又由于塑料导热性差,不能及时散发,聚集在焊区,致使2个塑料的接触面迅速熔化,加上一定压力后,使其融合成一体。当超声波停止作用后,让压力持续,保持一段时间,使其凝固成型,这样就形成一个坚固的分子链,达到焊接的目的,焊接强度能接近于原材料本体强度。

炮筒材料和结构

炮筒装饰圈材料为ABS,曲面玻璃材料为PMMA,这2种材料的熔点比较接近,适合采用超声波焊接技术。炮筒式仪表结构设计是在曲面玻璃上左右对称安装2个炮筒装饰圈,在曲面玻璃上左右各开6个长方形的孔,每个炮筒装饰圈与曲面玻璃接触面下方延伸出12根长3mm、宽1.1mm、高5mm的长方体柱,结构如图1所示。

超声波焊接设备

超声波焊接设备由一台220V(20kHz)、功率为5kW的超声发生器和用于超声波换能器的焊接头组成,超声波焊接设备如图2所示。

 超声波焊接方法

笔者采用超声波焊接的熔接法,将曲面玻璃上的每个长方形孔放入2根炮筒装饰圈长方体柱,将超声波焊接头压入2根长方体柱之间,接通电源,手握焊接头并往下压。在压力下使2根长方体柱外侧与曲面玻璃开口侧接触,随之在超声波超高频率振动的焊头适度压力下,使炮筒装饰圈上的长方体柱和曲面玻璃上长方形的孔接合面产生磨擦热而瞬间熔融接合为一体,其焊接时间设定在3s左右。其焊接示意图见图3,超声波焊接操作见图4。

与卡扣式安装结构相比,采用超声波焊接结构的炮筒式仪表,其安装牢固、外形美观,很好地解决了零件注塑缩痕和安装松动问题。采用超声波焊接后的炮筒式仪表见图5。

总结

通过创新应用超声波焊接技术,很好地解决了汽车炮筒式仪表的卡扣式安装结构零件注塑缩痕和安装松动问题。该方法操作简单,成本低,节能环保。采用超声波焊接技术的炮筒式仪表,安装牢固、无明显间隙、外形美观,提升了产品的品质和性能,从而提高了顾客的满意度。

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