機械式振動焊接機的製作方法
2023-04-27 06:35:01
專利名稱：機械式振動焊接機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械式振動焊接機，可利用機械式的結構設計，將高速旋轉運動適當地轉換成高頻線性平面運動來使工件焊接，並能使接著工件確實對正。
工業界對於塑料工件的焊接方式約有膠合式、超音波焊接式、以及振動焊接式幾種。其中，膠合劑的成本最低但效果不佳，往往會造成產品之不良性，使業者蒙受損失；至於，後兩者焊接方式的效果優於膠合式，各也有其優缺點，如以超音波進行焊接者，會受到材質(如玻璃纖維、滑石填充物)或形狀(太大)的限制而無法進行焊接。
本實用新型主要討論者是有關于振動式焊接，其主要原理是將欲焊接工件的接合面對合併在加壓的狀況下摩擦，使能量沿其接合面傳導使塑料因摩擦生熱而熔化，熔化時段過後在繼續加壓的狀態下冷卻固化，固化後之強度可與本體塑料強度相當；而若依其摩擦動作方式又可分為旋轉式摩擦及往復振動式摩擦兩種，旋轉式是將其一工件施以高速旋轉，因此其能焊接之形狀限制較為嚴謹(適合圓形工件)，而往復振動式，則只要工件的接合面形狀能容許工件做水平線性摩擦運動，且該接合面屬於平行即可，不一定要在同一平面上，因此可用於多種不規則形狀之工件焊接。
就創作者所知之目前振動焊接機的結構，大抵是利用一種振動頭的設計，當電流輸入振動頭的的電磁感應線圈而產生共振磁場，使緊附在振動頭上的上模具與上工件被驅動，作線性平面振蕩；而構成該振動頭的另一重要部分為懸掛彈簧，該彈簧必須在繼續增大的強大壓力下，及在振動頭停止摩擦的固化時段內，以彈簧力將工件回覆中心點位置，使工件保持正確定位。此種常用裝置的缺點，首先，是此種結構的設計必須考慮到回復力、或說回復動作的設計，如前述之簧力及共振磁場的配合，因此，其結構大半複雜、需精確而高成本，並且，電磁力與彈簧力所能產生之振蕩力及振動幅度有限，而此類焊接機的振幅往往為極重要之焊接參數；其次，是此類常用裝置的振蕩完成後，將工件對正到位的準確度並不高，因此常見有加工後之工件的對合邊產生差疊，雖不至影響該工件之使用功能，但令消費者產生產品品質不良的印象甚巨。
因此，本實用新型的目的在於提供一種機械式振動焊接機，這種焊接機結構簡單，成本低，並且可具有較大範圍的可調振幅，可使焊接確實對正。
根據本實用新型，提供一種機械式振動焊接機，包括可將上、下工件進行適當夾持的上、下模具，使夾持在下模具內之下工件固定並對上模具中之上工件接口施壓，而上模具則連接于振動機構中之振動軸作線性平面振動，利於上、下工件接口處之塑料熔化而形成焊接，其特徵在於該振動機構包括由一主動旋轉的凸輪軸所驅動的曲柄，該曲柄樞接於一高速搖臂底端，該高速搖臂之適當位置則與振動軸軸端形成樞接，且在高速搖臂上設有一段軌槽，該軌槽必須通過搖臂與振動軸樞接處之軸心；另外，有一移動元件被控制定位在高速搖臂的軌槽中移動，且其移動之範圍為可調，及能精確地定位至搖臂與振動軸樞接處之軸心位置重疊。
以下，為進一步了解本實用新型之構成，並對本實用新型未述明之結構與功效加以闡述，特提供較佳之實施例，並結合附圖詳細說明於後，謹請參閱。其中
圖1本實用新型之外觀圖。
圖2是本實用新型振動機構內部之局部立體分解圖。
圖3是本實用新型振動機構之平面組合圖。
圖4(A)、(B)、(C)是本實用新型高速搖臂之動作示意圖。
圖5是緣自圖4(A)之局部視圖。
圖6是一欲加工工件之實體外觀圖。
一般，振動式焊接機所可以用來焊接加工之工件頗多，舉凡如汽機車零組件、家用電器類、事務機械類、及電動手工具零配件等皆有其適用場合，如圖6所示，為一濾波器A，其外觀又是由上、下盒體A1、A2之半成品所構成，該上、下盒體A1、A2內須裝入濾材，再將兩者的相對接合面予以焊接，才為完成品。對振動式焊接而言，需使該上、下盒體A1、A2在其接合面間受壓，並產生一振幅F，才能達成焊接效果。
在本實用新型的設計中，如
圖1所示，上、下盒體A1、A2分別被適當夾持在上、下模具1A、1B內，下模具1B為固定式，受一氣壓缸2的控制可向上模具1A推進，且該下模具1B上升的行程可以藉由導柱1A1來精確地引導控制，使夾持在下模具1B內的下盒體A2可對正於上模具1A中的上盒體A1接合面施壓；而上模具1A則連接于振動機構3中的振動軸31，經振動軸31的傳動做線性的平面振動，以利於上、下盒體A1、A2接合面之塑料因摩擦熔化而形成焊接，該振動機構3則可由馬達M利用皮帶輪M1高速旋轉驅動，而本實用新型的主要設計重點，即在于振動機構3中的結構設計。
請同時配合圖2、3所示，為本實用新型振動機構3中主要構件的局部立體圖及平面圖，包括有一由凸輪軸32所驅動的曲柄33，該凸輪軸32是由前述
圖1中之馬達M與皮帶輪M1所帶動，因凸輪軸32的偏心運轉，可以造成曲柄前端331的往復運動，而該曲柄前端331樞接於高速搖臂34底端，並由該高速搖臂34中間的適當位置與前述振動軸31的軸端形成樞接(此樞接位置將有關於本實用新型振幅的調整，容後述)，另外，創作者特在該高速搖臂34的兩側各刨設有一段具長度的寬軌槽341，且該軌槽341的開設必須通過高速搖臂34與振動軸31樞接處之軸心；而後，設有一移動元件35被控制定位在高速搖臂34的軌槽341中移動，該移動元件35設置的條件包括具有可控制調整移動的範圍、及能精確地將移動元件35定位在高速搖臂34與振動軸31樞接處之軸心位置重疊。在本實用新型具體的實施例設計中，該移動元件35可以是利用軸承元件，使其外徑與軌槽341具有一適當公差，便利於軸承元件可以在軌槽341內滾動，而該移動元件35被構接在一連杆351端，該連杆351之另一端則受樞固、且在其中間受一氣(油)壓缸36的控制，當氣(油)壓缸36接受指令作前進或後退動作時，可以推動連杆351做擺動的動作，使相對樞固於連杆351一端的移動元件35可產生位移的變化。
藉由以上結構的設計，可以達到以振動軸31驅動上模具1A執行線性往複平面振動，為利於解說，茲以圖3之平面圖為主，先定義三個作動點X、Y、Z，包括代表移動元件35之中心位置X代表高速搖臂34與振動軸31樞接處之中心點Y及，代表曲柄前端331與高速搖臂34底端樞接處之中心點Z請先配合圖3與圖4(A)觀之，當移動元件35之中心位置X為固定時(意指氣(油)壓缸36無動作，連帶使連杆351牽制移動元件35定位在圖面所示的位置上)，若凸輪軸32開始旋轉，進而使曲柄前端331的Z點產生左右移動(Z至Z′)，且其有效的移動距離為L1，則作用在高速搖臂34上的現象，會使搖臂以x點為圓心擺動，而此擺動現象必會同時造成在高速搖臂34上Y點的左右位移(Y至Y′)，其位移量將之稱為振幅F，由是，此三點的動作可概構成圖4(A)所示之三角圖形，其中，Z點的移動距離L1是由凸輪軸32之偏心量造成，所以為固定尺寸，而Y點至Z點的距離L2也因振動軸31與高速搖臂34之既定形狀而不變，因此構成圖面中之小三角形XYY′與大角形XZZ′近似，故可利用比例關係以X點至Z點的距離L3來決定振幅F的大小；此時，只要以圖3中之氣(油)壓缸36推動連杆351迫使移動元件35之中心點X向下移動，如圖4(B)所示，則X點至Z點的距離變成L4，小於圖4(A)中之L3的長度，故圖4(B)中所形成之振幅F1也會小於圖4(A)中之振幅F，如此，做為本實用新型調整振動軸31振動幅度大小之方式，且本實用新型這種以機械元件形狀尺寸的適當搭配調整振幅，其能控制的振幅範圍較大，並不像常用裝置受限於電磁感應有限距離的限制，然而，此類裝置的振幅大小卻是極重要的焊接參數。
而本實用新型的另一重點在於最後能控制振動軸31停止在原來的位置上，使裝設在上、下模具1A、1B內之上下工件可以對合焊接。如前圖4A、B所述中，本實用新型是利用移動元件35中心位置X的調整來決定振幅的大小，緣是，只要能使X點的位置與Y點重疊，如圖4(C)所示，則，即使高速搖臂34仍持續擺動，在該兩點重疊處即無振幅之發生，表示，此時振動軸35的位置是被確實固定不動，因此，可知有關於讓X點與Y點重疊的定位是相當重要的，請參見圖3中，創作者系設計有一定位銷37，該定位銷37的所在位置主要可用以阻擋連杆351之下行動作，使移動元件35之中心位置X可被確實定位在高速搖臂34與振動軸31樞接處之中心位置Y重疊。
本實用新型在高速搖臂34上設計軌槽341形態配合移動元件35的作用除了前述供調整移動元件35的中心位置X，來控制振幅大小、及使振動軸31確實到位之外，若將圖4(A)中之小三角形XYY′以較誇張之視圖表現在圖5中，可以說明其另一特性。在圖5中，其原理是令高速搖臂34以X點為圓心，進行左右擺動，則理論上設附在該搖臂上的Y點應以虛線所示之弧形軌跡移動，然而，在圖3中之振動軸31是被以一滑動軸承311限制只能進行軸向的直線面運動，才能滿足工件平面摩擦的需要，因此該Y點的實際動態軌跡僅能如水平線所經過之Y″與Y′點方向，以其中Y″點為例，因Y″點與理論虛線軌跡差有一弦高H，如果該弦高H直接反應在X點上，應會使該X點後退同樣距離至X′點之位置，但實際上，X點受連杆351控制而定位，其弦高H的差異將直接由搖臂上之軌槽341對移動元件35形成相對運動所吸收，如此，才能使振幅以平面直線方式合理進行。
在圖3中考慮採用氣(油)壓缸36做為控制連杆351帶動移動元件35之方式，是為了有利於本實用新型自動化之執行，但並非為唯一之方式，例如直接以調整螺杆來做為控制連杆351的擺動也可；至於，與其搭配的連杆351，其主要作用是用於能控制調整移動元件35的定位與位置，因此可變之設計也不僅限於附圖所示。
本實用新型首創機械式振動機構，以其中高速搖臂之軌槽與移動元件的配合，將來自凸輪軸的高速旋轉運動合理地轉換成符合振動焊接條件的線性平面運動，並具有較大範圍的可調振幅、焊接可確實對正等等優點。
權利要求1.一種機械式振動焊接機，包括可將上、下工件進行適當夾持的上、下模具，使夾持在下模具內之下工件固定並對上模具中之上工件接口施壓，而上模具則連接于振動機構中之振動軸作線性平面振動，利於上、下工件接口處之塑料熔化而形成焊接，其特徵在於該振動機構包括由一主動旋轉的凸輪軸所驅動的曲柄，該曲柄樞接於一高速搖臂底端，該高速搖臂之適當位置則與振動軸軸端形成樞接，且在高速搖臂上設有一段軌槽，該軌槽必須通過搖臂與振動軸樞接處之軸心；另外，有一移動元件被控制定位在高速搖臂的軌槽中移動，且其移動之範圍為可調，及能精確地定位至搖臂與振動軸樞接處之軸心位置重疊。
2.根據權利要求1所述的機械式振動焊接機，其特徵在於，該移動元件為一軸承，且其外徑與軌槽具有一適當公差。
3.根據權利要求2所述的機械式振動焊接機，其特徵在於，該軸承之移動是經由一受氣或油壓缸控制的連杆所帶動，藉由該氣或油壓缸行程驅動連杆，以產生軸承在軌槽內之位移。
4.根據權利要求3所述的機械式振動焊接機，其特徵在於，設有一定位銷以阻擋連杆之動作，使該軸承確實定位在搖臂與振動軸樞接處之軸心位置上。
專利摘要一種機械式振動焊接機，用上、下模具將上、下工件夾持後，使下工件固定並對上工件接口施壓，而上模具則連接于振動機構中之振動軸作線性平面振動，以利於上、下工件接口處之塑料高速摩擦熔化而形成焊接。振動軸樞接於一高速搖臂的適當位置，而高速搖臂則受制於一由主動旋轉的凸輪軸所驅動之曲柄快速擺動、及以一移動元件作為高速搖臂的擺動中心，並使移動元件的位置可受控制調整，將來自凸輪軸的高速旋轉運動轉換成符合振動焊接條件的線性平面運動。
文檔編號B23K20/10GK2229853SQ9521114
公開日1996年6月26日 申請日期1995年5月23日 優先權日1995年5月23日
發明者周壁山 申請人:周壁山