零件间的连接与固定设计

第五章零件间的连接与固定设计本章主要介绍零件间的连接与固定5.1概述5.2塑料件的可拆连接5.3塑料件的不可拆连接第五章零件间的连接与固定设计5.4装配方法的选择连接也叫组装或装配，是将两个或两个以上的零部件连接在一起的工艺和技术。塑料制品的连接有可拆连接、不可拆连接、焊接和粘接等。很多的塑料产品都可能是由不同材料、不同功能的零部件组装而成。连接设计的目的就是要根据各种因素设计一种最适宜的连接方法，将零部件组装到一起。5.1概述设计一种连接方式要考虑以下因素：连接件属性：几何形状及尺寸、材料性能和适应性。拆装性能：是否需要拆装、可靠性、安全性、可逆性、拆装频率等。操作性能：简单、方便、快捷、省力。产品使用环境：负荷、温度、湿度、化学介质。5.1概述环保因素：以回收为目的的连接件的易拆卸性。经济因素：组装成本、轻量化、省能源型。美学要求：组装外观、美学效果。5.1概述5.2可拆连接可拆连接可分为弹性连接（搭扣连接）和螺纹连接。5.2.1弹性连接（搭（卡）扣连接）弹性连接可分为悬臂搭扣连接、环形搭扣连接和扭转搭扣连接。在现实生活中应用广泛。如签字笔笔帽和笔杆的连接、瓶盖瓶口的连接以及遥控器电池盖的连接等。搭扣连接具有良好的可靠性和满足使用要求的连接强度，而且结构简单、经济，可迅速连接两个相同或不同材料的零件。在大量生产时，搭扣连接是所有连接方法中成本最低、装配最简单、装配速度最快的一种连接方法。5.2.1弹性连接（搭（卡）扣连接）瓶盖与瓶口的搭扣连接遥控器电池盒面板与盒体U形悬臂搭扣连接弹性连接的形式各不相同，但基本原理一致。即连接件的一方有一个凸起部分，叫做凸缘；连接件的另一方有一个凹槽。连接时，连接力迫使凸缘这一方连接件产生瞬时曲挠变形，连接完成后变形部分随之恢复，配合部分处于无应力状态。弹性连接的依据是：塑料在室温下段时间内所具有的较大的弹性变形特征，因此，材料选用是重要的一环。通常其中一个零件相对较硬，而另一个有柔韧性，有较好的弹性和抗疲劳强度。除此之外就是结构和尺寸的设计。搭扣连接的形式、种类很多。可以设计成固定式，即配合零件之间不存在相对运动；或可动式，即零件接合之后，它们之间可存在相对运动。连接可以是最终连接，也可以是临时连接，后者通常作为焊接或粘接之前的一种过渡连接。对搭扣连接比较通用的分类方法是将其分为：悬臂搭扣连接、环形搭扣连接和扭转搭扣连接。1.悬臂式搭扣连接这是搭扣连接中最基本的、最常见的，也是变化最多的连接形式。一种典型的悬臂搭扣连接如图所示。左边的零件是带有凸缘的悬臂梁，称为悬臂钩；右边接合件以扣槽为结构特征。1.悬臂式搭扣连接悬臂钩可以看成由梁和凸缘组成，梁和凸缘的设计是悬臂梁搭扣设计的关键。（1）悬臂钩的几何结构和尺寸参数

梁的截面是梁的重要结构参数，不同的截面形状对载荷作用下梁的行为有直接影响。在悬臂搭扣中，梁的截面类型有：三角形、矩形、梯形、圆形、椭圆、半圆和扇形等。悬臂钩的结构尺寸凸缘高度凸缘有效厚度壁面厚度梁的长度梁根部厚度咬合角脱开角凸缘长度（1）悬臂钩的几何结构和尺寸参数

沿梁的长度方向，如果截面形状和尺寸不变，为等截面的连续梁。如果沿长度方向梁的厚度或宽度逐渐变小（或同时变小），这样的梁称为锥形梁。同时变小称为双斜面，直沿宽度或厚度变小称为单斜面。（1）悬臂钩的几何结构和尺寸参数

凸缘有三个重要的参数：咬合角α、脱开角β和凸缘高度Y。咬合角脱开角凸缘高度凸缘的外部形状有许多的变化：有楔形、圆柱形、锥台形、半球形等。（2）悬臂钩的设计规则

1）梁根部厚度Tb

由梁的挠度计算公式可知，梁的厚度与梁的许可挠曲成反比，梁越厚，梁的柔性越差。尺寸设计时，参照壁厚Tw，Tb可取Tw的50%~60%。（2）悬臂钩的设计规则

从梁的根部到端部厚度不变的等截面梁，应力分布不均匀，实际很少采用。比较多是采用矩形截面，而厚度呈线性递减至根部厚度的一半的设计，这种设计不仅增加了扣入弹性，而且在梁的长度上应力分布更均匀。（2）悬臂钩的设计规则

2）梁的长度Lb

梁的长度要注意两点：一方面梁的长度受到可利用空间和装配件尺寸的限制；另一方面，梁的许可挠曲与梁的长度的平方成正比。梁的长度是梁根部厚的5~10倍。（2）悬臂钩的设计规则

3）梁的宽度Wb

梁的强度可以通过增加梁的宽度得到改善，但随之装配力也增加。大多数梁从根部到端部宽度不变，其宽度可近似小于梁的一半长度。（2）悬臂钩的设计规则

4）凸缘高度Y

凸缘高度决定了悬臂钩扣入和脱开时梁的偏斜程度。可经过公式计算求得。它不仅取决于梁的几何形状（截面），梁的尺寸参数（Tb，Lb），同时也取决于选用塑料的允许应变值大小。（2）悬臂钩的设计规则

确定凸缘高度Y时，可以将其设定为梁的最大许用偏斜。作为一般规则，当梁的长度Lb接近梁根部厚度Tb的10倍时，该高度Y应等于梁根部的厚度。（2）悬臂钩的设计规则

5）咬合角

该角度影响装配力，角度越大，使梁偏斜扣入所需装配力就越大。合理的角度：25º~35º，一般不超过40º。（2）悬臂钩的设计规则

6）脱开角

该角度影响搭扣保持和分离的行为，角度越大，脱开所需的力就越大。当角度为90º时自锁，为单向搭扣。拆卸时必须人工致偏才能有效分离。通常用于永久性接合，即非拆卸性设计。对于需要拆卸的搭扣（双向），一般取35º（大于咬合角）。（3）悬臂式搭扣的设计计算有些专用软件可以对搭扣连接的一些技术参数进行精确的求解。下面提供手工计算方法和相关公式。（3）悬臂式搭扣的设计计算假设装配时相连两零件接触处的摩擦系数为f，对应摩擦角为则安装力和拆卸力的计算式分别为式中Fs:弯曲弹性力；α：咬合角；β：脱开角。K=Fs/Y：弹性比；Y：凸缘高度。（3）悬臂式搭扣的设计计算设σ、ε分别是由凸缘高度Y引起的弯曲应力和应变。凸缘高度Y应由悬臂钩的许用应力和许用应变确定。受力零件的最大应力和应变应该小于允许的应力和应变。此允许值取在该材料的屈服点σy以下n为安全系数。若一次性装配，可取n=1.5，若多次拆卸可取n=2。1）凸缘高度Y的计算凸缘高度等同于梁的许可挠度值，对于等矩形截面梁，在已知梁的长度、厚度及材料的短期允许应变值ε的情况下，可用以下公式计算梁的许可挠度值（3）悬臂式搭扣的设计计算Fs为弯曲弹性力，E为塑料的弯曲弹性模量，J为轴惯性矩，对于矩形截面（5-1）（3）悬臂式搭扣的设计计算（5-2）则得（5-3）也可用下面更简单计算公式（5-4）为材料的允许短期应变值。（3）悬臂式搭扣的设计计算均匀矩形梁根部的弯曲应变校验式（5-6）厚度渐变至根部厚度一半的矩形截面锥形梁（5-5）在Tb的作用下，高的弹性比意味着较大的弯曲应力，悬臂固定端弯曲应力应该小于该材料的屈服应力梁的材料、几何形状和尺寸的弹性比为（5-7）弯曲力矩（5-8）弯曲应力（5-9）将（5-7）代入后得弯曲应力校验式（5-10）n为安全系数。h=Y，满足凸缘高度的设计式为（5-11）对于其他截面的梁，可用同样方法推出弹性比、弯曲应力、应变和凸缘高度。这种弹性零件的以选用在弹性范围内，具有合适的弹性模量和有较大应变的刚性塑料为宜。适合用于梁的塑料有：PC、HIPS、ABS、PA、PP。塑料名称短期应变量塑料名称短期应变量PE(聚乙烯)8PA(聚酰胺)6PP(聚丙烯)6POM(聚甲醛)6PS(聚苯乙烯)1.8PBT5ABS2.5PC(聚碳酸酯）4PVC(聚氯乙烯)2HIPS2常用塑料允许短期应变值[ε]（%）如果搭扣设计中，包括凸缘高度在内的尺寸都已初步设定，也可利用上述挠度计算公式计算允许应变量，并与已知材料的允许应变量比较，从而验证设计的尺寸是否在安全设计范围内，当然，最后的验证还必须结合终端应用实验来确定。但需要注意的是，搭扣连接通常为低载荷而设计，过度的应力可能导致接头损坏，而一旦损坏则很难修复。因此尺寸的精确设计和正确的操作方式对搭扣连接是非常重要的。搭扣设计需要一些基本的理论，也需要大量的实践经验，以及从广泛应用的消费市场上的各种精密组件（照相机、手机、遥控器和电脑等）的搭扣设计中获得有益的借鉴和启示，才能不断提高设计水平，设计出耐用的、构思精巧的各种搭扣连接。（2）环形搭扣连接环形搭扣连接常用于组装圆柱形的制品。比较典型的是图示的轴与毂的连接。连接时，由于受凸台的影响，推进过程中，连接的双方产生变形，特别是材料柔软产生较大的弹性变形，待凸台进入凹槽卡住，形变恢复。嵌入变形弹性恢复环形搭扣连接的特点是，它是依靠径向的弹性变形来实现装配和保持强度；其次，由于结构上的特点，组装后的部件基本处于无应力状态。在轴毂组装的部件中，一般毂采用柔性材料，而轴采用刚性材料。在组装过程中，毂的弹性变形除了与材料有关外，还与毂的厚度以及毂的凹槽至端部的距离S有关。（2）环形搭扣连接为此，应使凹槽致端部的距离合理靠近，否则毂的刚性可能大大超过预期值，从而导致接合件损坏。可供参考的一个经验公式式中Dk为连接件的配合直径，t为毂的厚度。（5-12）一般咬合角取20º~30º，脱开角取40º~50º。角度的大小可以控制搭配结构相应的装配力和脱开力。永久锁紧型，脱开角可采用更大的角度，直至90º。对于可拆卸的搭扣装配，为满足重复拆装的强度要求，配合不宜过紧，应有较大的间隙。为了便于装配，凸台一般在满足要求的情况下尽量取较小值，最大允许的凸台尺寸可用下式计算式中为轴上的凸台高度，Dk为轴的直径，σ为应力值，Vk为毂的泊松比，Vs为轴材料的泊松比，Ek为毂材料的弹性模量，Es为轴材料的弹性模量，K为几何系数。（5-13）Dk为轴的直径，Ds为毂的直径。对于设计者来说，确定应力值应在材料允许的最大应力范围之内，设计应力值不是常数，而是随着湿度、温度、化学环境及时间变量而变化。根据计算出的允许凸台尺寸，可以求出作用于毂材料上的膨胀力P。（5-11）（3）扭转搭扣连接扭转搭扣连接最常见的应用是固定箱子或容器上的合叶盖。如图示。扭转搭扣固定有一个支撑轴，当正向施加推力于搭扣件时，搭扣件以轴为心产生扭转。只要以杠杆原理设计出搭扣的尺寸，便可以以很小的力开启很紧的搭扣连接。扭转搭扣连接的应用采用扭转搭扣配合的轴设计中要注意的是：一是不要将搭扣杆设计的太小，以免扭转角度和扭力变得太大；二是开启杆的长度应大于搭扣杆的长度（b>a），这样可减少开启所需的力。（4）搭扣连接的优缺点优点（1）无需附加材料（2）装配容易（3）可选相异材料（4）永久性（5）形状自由（6）效率高（7）环保（4）搭扣连接的优缺点缺点（1）模具限制（2）工艺限制（3）材料限制（4）卡扣失效（5）密封限制（6）环境限制（7）热膨胀性5.2.2螺纹连接螺纹连接也是常用的连接方式。可以在塑料件上直接加工内或外螺纹与连接件紧固，或者在塑料件上的金属螺纹嵌件上作出螺纹进行连接。也有的用螺栓和螺母连接。自攻螺钉的连接也是一种常用的方法。螺纹连接要注意的问题：（1）塑料件上的螺纹强度较差，且成型困难；（2）注射成型塑料件上螺纹孔周边存在溶合缝（飞边），该处强度比无缝区差；（3）塑料连接件在紧固后有较高残余应力，存在应力集中，蠕变使连接件的尺寸和连接强度不稳定；5.2.2螺纹连接1.螺钉连接是指塑件中带有内螺纹的金属嵌件，然后用金属螺钉将被连接件紧固的一种方法。连接强度高，适合反复拆装。5.2.2螺纹连接2.自攻螺钉用自攻螺钉可以在塑料件预制的光孔内攻出螺纹构成连接。它成本低，适合大批量产品的生产，但拆装次数有限。5.2.2螺纹连接自攻螺钉连接画法自攻螺钉分为挤压自攻螺钉和刮削自攻螺钉两种。挤压是以钢制螺钉对塑料底孔的挤压，挤出内螺纹与旋入的自攻螺钉配合。刮削自攻螺钉具有丝锥的功能，此种螺钉的最初几牙具有纵向切削槽，在攻入时会产生对塑料的切削。2.自攻螺钉自攻螺钉的国家标准为：GB/T5280（自攻用螺纹）、GB/T845（十字槽盘头自攻螺钉）、GB/T846（十字槽沉头自攻螺钉）、GB/T847（十字槽半沉头自攻螺钉）等。自攻螺钉的力学性能GB/T3098.5规定，自攻螺钉用渗碳钢制造，表面硬度应大于45HRC。对于塑料有足够强度和硬度，且作表面镀锌钝化处理。自攻螺钉的国家标准3.螺栓连接用标准螺栓和螺母及垫圈，利用塑料件上已有的光孔装配连接。此连接可靠耐久，可反复装拆，但零件数目多，设计时要避免螺栓头和螺母突出在塑料件表面上。5.2.2螺纹连接4.塑料螺纹连接即外螺纹和内螺纹都在塑料件上实现连接的方法。如管材管件的连接以及瓶盖和瓶体的连接等。5.2.2螺纹连接在塑料上制作螺纹有以下缺点：（1）热膨胀性两种材料的热膨胀系数的巨大差异会导致螺纹或凸台的应力开裂或螺纹变松。（4）塑料螺纹连接（2）吸湿性一些塑料会因吸湿而到一定程度会导致螺纹变松。（3）应力松弛和蠕变随着时间变化，材料承受应力的能力会下降，尤其在较高的温度时，可能会导致螺纹的开裂或产生裂纹。（4）环境限制化学作用或紫外线照射都可能引起应力开裂导致螺纹失效。紧固件连接画法螺栓连接螺钉连接不可拆连接包括铰链连接、压力装配等。还应包括焊接和粘接等。5.3不可拆连接铰链连接是指连接的两个部件绕轴转动的一种连接方法，如眼镜盒、药盒、垃圾桶、翻盖手机等。可将两个部件设计成一体，采用注射、吹塑或压塑等成型方法一次成型。它利用了柔性塑料可以承受数千次甚至上百万次的屈挠而不破裂的这样一种特性，制成连接成一体的塑料铰链。5.3.1铰链连接铰链连接适用的材料有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚甲醛等。最适合作为柔性连接的是聚丙烯（PP），如果设计和工艺上不存在问题，它可以经受上百万次的屈挠而不破裂，因而应用甚广。5.3.1铰链连接5.3.1铰链连接1.优点（1）可重复开合（2）减少零件数量（3）尺寸减小2.缺点（1）模具复杂精度高（2）延长了产品的开发时间5.3.1铰链连接铰链可分为单件集成、两件集成和多件组合。其中前两种可看作是集成铰链，是由于模塑成型，而不需要其他附加部件。之所以叫单件集成，是其两个零件作为一个整体模塑而成。两件集成的铰链，所有铰链零件都是模塑而成的塑料件，先加工单独的零件，最后组装。多件组合铰链需要使用附加的零件，比如杆或金属等铰链部件。压配连接是两个零件在持久压力的作用下，结合部分采用弹性变形而相互压紧实现紧固连接的一种方法。压配连接最常见的是圆柱形零件的连接。实现压配连接的必要条件是：轴的直径比孔的直径大，即产生过盈。压配应力可通过计算得出，它与过盈量、轴和毂的几何尺寸，以及材料的弹性模量、泊松比有关。5.3.2压配连接压力装配与弹性卡扣连接实心轴空心轴双悬臂弹性卡扣弹性卡扣连接直径方向的干涉量Id应比槽宽S小一些，Id

/S<1，属于弹性卡扣连接。轴和孔的弹性变形恢复使它们相互紧固。其装配弹性比弹性卡扣连接装配弹性比K低于轴和孔各自的弹性比。压力装配后，轴和轴套之间存在接触压应力，这个压应力要经过相当长的时间才会完全释放。由于塑料的黏弹性，经应力松弛和蠕变，该干涉应力可能会消失，压装失效。过盈连接简称焊接，它是利用热塑性塑料在热熔融状态下，分子链能够自由流动，容易实现分子间的重新排列这一特点，来实现塑料零部件之间的连接的。焊接的基本过程是：（1）将待焊接的两个塑料件在一定压力作用下紧靠在一起；（2）使结合处的分子链段处于热熔融状态；5.3.3热熔焊接5.3.3热熔焊接（3）在热和压力作用下，分子链段穿过焊接界面相互扩散和缠结，界面消失；（4）冷却塑料件，链段冻结，两个塑料件结合在一起。5.3.3热熔焊接由焊接过程可知，实现焊接的三个必要条件是：焊接温度—实现塑料的熔融和流动；焊接时间—完成塑料的加热熔融和冷却固化，建立起足够的焊接强度；焊接压力—促进塑料大分子相互扩散，排出焊缝中的残余气体，使熔体填满空隙。5.3.3热熔焊接热熔焊接分为：热气焊接、热板焊接、超声波焊接等。确定焊接方法主要考虑的因素是焊接件的几何形状、节点载荷、尺寸、成型成本和装配成本。方法原理特点适用场合热气焊接空气或惰性气体经焊枪加热后，用来加热焊条和被焊塑料件，使之溶接。需供气系统、焊枪及辅助工具，生产效率低、外观质量差；焊缝强度仅为塑料强度的50%~80%。大多数热塑性塑料。常用于硬PVC板料和管件的焊接方法原理特点适用场合热板焊接利用加热板和电熔铁等加热工具，直接熔化被连塑件表层，移去后加压冷却。工艺和设备简单，接缝强度达塑件强度80%以上。但易引起开裂，工艺参数要求严格。不易分解的PE、PP、和PC等。超声波用超声波发生器的、几十kHZ的频率的机械能，使塑料件产生内摩擦热而熔融连接高效、高质和低耗的熔接方法，但价格昂贵。在连接面上需设计突起的接头。一般只能溶接同种塑料，不同塑料及非塑料有条件限制。摩擦焊接利用旋转法或振动法使被连接塑料间摩擦生热，加压熔融端面使之焊接。焊接速度快，致密性好，接缝强度高，不易氧化。其接头形式需凹凸、斜面或阶梯相配。PVC、PE、PP、PA、ABS、POM和PC等多数热塑性塑料。但仅适用小型圆形的棒料和管件。方法原理特点适用场合振动焊接两个塑件被夹持在一起，一个被静态固定，一个相对它振动产生摩擦热。沿共同界面的将两个塑件连接在一起。振动频率为120~240HZ，振幅为0.5~4mm。可用于各种塑料制品的焊接，且便于较大制品（500mm）的连接。因玻璃纤维取向影响，接缝强度差，不适合玻璃纤维增强塑料。电磁焊接电磁焊接的接合物是金属粉末和热塑性聚合物的混合物，结合剂在高频磁场的感应下，熔化周围两连接塑件。需3~10MHZ的磁场，有2~5kw的功率，需预制圆条或垫片状结合剂置于焊接面。所有的热塑性塑料，还可将塑料件与纤维织物、纸、皮革等焊接在一起。1.热气焊接热气焊接是气体加热焊接法的简称，又称热风焊。压缩空气或惰性气体经过焊枪中的加热器，被加热到焊接塑料所需的温度，然后利用预热气体加热焊条和被连接区，使之达到熔融黏稠状态，在不大的压力下连接塑料，冷却定型。大多数热塑性塑料都可以用热气焊接。1.热气焊接优点（1）投入低（2）形状自由（3）轻便性（4）可以焊接难以连接的材料（如聚乙烯、聚丙烯）（5）加工尺寸没有限制（6）易学1.热气焊接缺点（1）效率低（2）需要附加材料（焊条）（3）敏感性（4）需要操作员成本热气焊根据不同的场合焊缝有许多种：如图为单V形、双V形对焊、搭接式角焊等，它们尺寸（a、b、S、α都有相应的规定。接头设计2.超声波焊接超声波焊接是热塑性材料的焊接方法之一，优缺点共存。优点如下：（1）没有附加材料（2）装配容易（3）可以嵌入其他零件（4）永久性（5）零件轮廓自由（6）密封性好2.超声波焊接（7）能耗低（8）净化空气（9）速度快，生产效率高，适合自动化生产2.超声波焊接缺点（1）形状限制（2）工艺限制（3）对电子元器件有危害（4）尺寸限制（0.23m×0.3m）（5）材料限制（6）噪声2.超声波焊接由于费用少和新的成型技术的出现，超声波焊接的应用越来有广泛，由于它焊接速度快、效率高、没有环境污染，许多公司都把它作为焊接方法的最佳选择。总之，对于尺寸适中和相容性材料的相对平滑的零件，超声波焊接是一种快速的、清洁的、永久性连接热塑性塑料零件的方法。（1）超声波焊接的原理所有的振动都会产生声音，然而不是所有的声音都听得见，超声波的意思是“超过声音”。人类听力的范围是18000Hz，高于这个频率，人就无法听到。（1）超声波焊接的原理在超声波焊接中，通过焊头在零件的接触表面引起分子和界面摩擦而产生振动。聚合物开始局部地软化，当阻尼因子增加时，自身的反应加速，使得大部分振动转化为热能，这使塑料零件的温度升高到熔点。振动停止之后，保压到产生分子键连接，焊缝充分冷却。（1）超声波焊接的原理从原理上看，振动源距离焊缝越近，接近焊缝的零件吸收的振动损失越少，当焊头放在距离焊缝6mm以内时，叫做近距离焊接，即使是薄壁和结晶或低硬度聚合物，也能收到极好的效果。近距离焊接远距离焊接（1）超声波焊接的原理远距离焊接用于较远距离，要求是无定形或高硬度的厚度较大的热塑性塑料。近距离远距离（2）超声波焊接的材料树脂是决定超声波焊接能量水平的一个关键因素。材料越硬，超声波振动从焊头到焊接面的传递越成功。理想状态下，两种零件应具有相同的聚合物组成可以确保焊接两侧在相同的温度下溶化。（2）超声波焊接的材料有些情况下，要求两种零件材料不同。通常，假如不同的材料彼此的玻璃化温度差在22ºC以内，而且它们的分子结构相似，这样就可以焊接。如聚碳酸酯和丙烯酸酯，聚苯乙烯和改性聚苯醚。然而要求两种材料在化学上必须是相容的，如PP和PE满足温度要求，但化学上不相容，所以不能焊接在一起。而ABS和丙烯酸酯或聚苯乙烯可以焊接。（3）超声波焊接的接头所有种类的接头设计的目标都是使焊缝接触面积达到最小。台阶式接头是一种非常有效的连接方式（3）超声波焊接的接头3.振动焊接振动焊接在原理上与超声波焊接有些相似，它可以描述为这样一种方法，由于焊接尺寸的限制，在超声波焊接中断的地方可以使用振动焊接。两种方法可以互相补充，但振动焊接设备的费用高，通常只有不适合超声波焊接的场合才使用振动焊接。但实际上，所有热塑性塑料构成的焊件都可以用振动焊接方法焊接。3.振动焊接两种方法都是采用高频振动产生热量，但以不同频率和不同方式消耗这些热量，超声波焊接是垂直的，频率范围是15000~72000Hz，通过分子摩擦产生热量。振动焊接是水平的，振动频率在120~300Hz之间，当移动焊件，通过表面摩擦产生热量。振动焊接的焊件比超声波的大，并且不需要导向结构。能量导向结构限制了超声波焊接的加工方法（注射成型）。3.振动焊接振动焊接的优点：（1）没有附加材料（2）表面处理要求低（3）装配容易（4）可以嵌入其他焊件（5）具有持久性（6）内部焊接（7）形状自由只要在要求范围内的一个水平焊接面，可以处理任意形状的焊件。（8）密封（9）能量效率高（10）净化空气3.振动焊接（11）生产效率高每分钟可处理4~30个焊件。（14）具有焊接大型焊件的能力1016mm×2032mm。（15）控制精确（16）迅速更换焊接（17）容易控制3.振动焊接3.振动焊接振动焊接的缺点：（1）形状要求必须是光滑的水平面（2）可能损坏电子元件及连接（3）不能用定位销（4）材料限制（5）噪声问题（6）设备费用高（1）振动焊接的原理一个塑件被静止固定，另一个被夹在振动器上。沿接触面振动产生的热量，将两塑料件装配连接在一起。振动焊接生产周期为5~10s，振幅为0.5~4mm，频率在120~300Hz之间。两塑件常用气压自动夹紧，并能相对趋近加压和往复移动。（2）振动焊接的四个阶段1）接触面通过振动，开始表面摩擦，产生热量；2）聚合物达到熔融温度，剪切热使熔体厚度达到所需值；3）振动摩擦产生的熔化热量等于系统的热量损失，聚合物和流体达到一个稳定平衡状态；（1）振动焊接的原理4）振动停止，在保压时间内冷却固化到连接强度（2）振动焊接的材料所有的热塑性材料都可以用于振动焊接，尤其是适合结晶热塑性塑料，而它们很难用超声波焊接。特别适合用振动焊接的材料有：ABS、ABS聚碳酸酯合金、聚甲醛、丙烯酸、聚丙烯、聚芳酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚砜等。（2）振动焊接的接头设计法兰式接头焊接面积大，夹具易设计。而且允许是压力的作用更靠近接头。(b)适合薄壁，(c)适合热成型焊件。（2）振动焊接的接头设计4.热板焊接热板焊接又叫“熔融焊接”或“热口模焊接”，是一种只需要热板而不需要其他装置即可完成的技术，并且可以利用成熟的设备实现高度的自动化。热板焊接式焊接聚烯烃管材所选择的一种方法，尤其适合焊接如汽车尾灯罩那样形状复杂且不规则的接头以及需要密封和由聚烯烃材料制成的用其他方法难以连接的零件。4.热板焊接热板焊接的最小厚度1.6mm，甚至薄如气球。根据零件尺寸，焊接周期15秒到几分钟之间。热板焊接是振动焊接的竞争对象，因两种方法的连接强度和材料的相容性基本相同。然而，热板焊接有较大的尺寸形状，有较长的成型周期和较高的成本。4.热板焊接热板焊接的优点：（1）没有附加材料（2）其他零件的支持（3）装配容易（4）材料相容性好（5）具有持久性4.热板焊接（6）形状自由可以焊接任意形状轮廓的零件和壁厚为1.6mm的薄壁零件。（7）密封（8）净化空气（9）生产效率高每分钟可处理4~30个焊件。（10）具有焊接大型焊件的能力508mm×1828.8（21in×72in）。（11）无噪声（12）加工自由（13）可以焊在内壁上4.热板焊接4.热板焊接热板焊接的缺点：（1）能量损耗较大（2）启动慢（15~30分钟）（3）在连接区域产生应力（4）需清理熔融塑料（5）设备成本比振动焊接低，但比超声波和旋转焊接高（1）热板焊接的原理热板焊接原理焊件简单，将要连接的零件的边放在用恒温控制的热板上加热直至边面熔化，将这两零件从热板移开，然后将软化了的两表面压在一起，最后将两零件保持不动直至冷却固化。（2）热板焊接类型热板焊接分为低热板焊接、高热板焊接和非接触热板焊接三种。低热板焊接是指550ºF或更低的温度下进行焊接。适合聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）和聚碳酸酯（PC）等材料的焊接。低热板焊接具有强度高（比高热板）、可减少对材料的降解和焊接范围大的优点。但周期较长，不能对玻璃纤维填充材料进行焊接。（2）热板焊接类型热板焊接分为低热板焊接、高热板焊接和非接触热板焊接三种。高热板焊接是指550ºF~700ºF和700ºF~850ºF的温度下进行焊接。适合聚丙烯（PE）、ABS和聚甲基丙烯酸甲酯等材料的焊接。高热板焊接缩短了焊接周期并降低了成本，接触时间会从一般低温焊接的20s降低到4~6s。缺点是限制了焊接材料种类，而且会导致焊接区域变色，焊接强度不高。（2）热板焊接类型热板焊接分为低热板焊接、高热板焊接和非接触热板焊接三种。非接触热板焊接焊接非常困难的材料可以用非接触焊接。这种焊接典型的材料为聚碳酸酯（焊残问题）、聚甲醛（释放气体）和无填充物的尼龙（与热板接触会烧焦并难以分离）对具有急剧熔融转变的材料非常适合。缺点是成本高、难以实现均匀焊接、能量消耗大和引起操作者不适。（3）热板焊接接头设计D为焊缝高度（3）热板焊接接头设计（3）热板焊接接头设计（4）热板焊接的设备热板焊接机有立式和卧式两种5.其他焊接方法前面我们介绍了热气焊接、超声波焊接、振动焊接、热板焊接等焊接方法，除此以外。还有激光焊接、电磁焊接、旋转焊接方法。激光焊接是一种新的焊接方法，有许多优点（可列出25条），但成本较高，仅在其他焊接方法不适用的情况才采用。5.其他焊接方法电磁焊接利用了磁性材料在高频交替电场的作用下生热的原理进行焊接，具有生产率和接头强度高等许多有优点。旋转焊接是利用了旋转摩擦生热的原理进行焊接，一个零件装夹静止，另一个则靠紧它并旋转。具有易组装、不需附加材料等优点。但形状具有局限性。5.3.4胶黏剂和溶剂连接胶黏和溶剂连接有一系列的相似之处，故放在一起讨论。胶黏剂是粘到塑料表面完成连接，而溶剂是溶解塑料使表面间材料混合，当溶剂挥发后形成接头。胶黏剂和溶剂连接广泛用于塑料件的装配中。溶剂连接时已有技术中最廉价的技术之一。随着技术发展而产生新的材料结合方法，胶黏剂的应用也得到发展。在许多场合只有它们才能代替紧固件的作用。每种方法都有优缺点，先介绍优点。1.优点（1）应力分布均匀（2）连接不同的材料是指胶黏剂（3）具有最大抗疲劳强度（4）连接性和密封性（5）减轻重量（6）表面光滑无瑕疵（7）总成本低1.优点（1）回收困难（2）连接强度不确定性（3）限制装配速度（4）需要特殊处理（5）有污染（6）溶剂敏感性2.缺点胶黏剂的种类很多，商业装配制品有许多胶黏剂配方，一种胶黏剂能很快粘接，但最终的强度较低，另一种是最终强度高，但需要长时间才能黏接而不能进行下一步的操作，两种胶黏剂结合可发挥各自优势。3.胶黏剂（1）丙烯酸树脂是一种结构性胶黏剂，它能够耐低温，并且能够耐300~500ºF的高温，具有较好的耐化学性和优异的防潮性能。它能使塑料间很好地粘接，也能使塑料和金属间极好地连接，比环氧树脂更有效。强度在1000~3000psi之间。psi：磅/平方英寸3.胶黏剂（1）丙烯酸树脂丙烯酸树脂具有中等黏度，并且通过催化作用，在常温下就可以实现双组分聚合或单一组分通过加热或紫外线光固化。典型应用：坩埚、电路板3.胶黏剂（2）厌氧胶黏剂厌氧胶黏剂只有在缺氧的情况下才有不同寻常的固化性质。厌氧胶黏剂具有很好的密封性能和耐环境性能。但总的来说，粘接金属的能力一般，粘接塑料的能力很差，并且不能粘接聚烯烃或天然纤维素。厌氧胶黏剂黏度低，固化时间和操作范围中等。通常从瓶子里一次滴出一滴使用，有毒。3.胶黏剂（2）厌氧胶黏剂典型应用：固定紧固件以防止振动和松动。3.胶黏剂（3）氰基丙烯酸盐胶黏剂也称CAs，是一种单一组分胶黏剂，它因有瞬间黏合和小的操作窗口而著称。其强度为1000~2000psi之间，能够耐150~250ºF的高温。CAs能很好地粘接金属件和聚烯烃类零件，并且与其它大部分塑料粘接性能也非常好。缺点是耐化学性和低温性一般，不能充满缝隙，耐冲击和防潮性较差，价格昂贵。典型应用：汽车垫圈、收音机按钮。3.胶黏剂（4）环氧树脂环氧树脂是既韧又硬的结构胶黏剂。具有韧性的同时，粘接强度最高能达到2000~6000psi。环氧树脂型胶黏剂应用范围很广。它能适应350ºF的高温并且耐化学性和防潮性能良好甚至到优异，密封性能好。柔软性和耐低温型一般。环氧树脂型胶黏剂粘接金属和木材最好，塑料次之，聚烯烃类塑料最差。3.胶黏剂（4）环氧树脂环氧树脂的固化时间很慢，使得很难实现自动操作。可以通过各种方法加快固化。环氧树脂型胶黏剂价格远低于CAs。典型应用：汽车工业、航空工业、电子元件。3.胶黏剂（5）热熔体热熔体基本就是热塑性塑料，一般为聚丙烯、EVA、聚酯或聚酰胺。聚丙烯能很好粘接聚烯烃类塑料，性能中等，耐温性达170ºF。EVA由较低的操作温度，耐温性在120ºF范围内。聚丙烯和EVA价格便宜。聚酯具有从中到高的操作温度，耐温达200ºF。聚酰胺耐温高达300ºF。3.胶黏剂（5）热熔体热熔体胶黏剂是将其加热到熔融状态，涂到基体上，冷却后就形成了连接。它们经常用来连接塑料、木材等不同材料。因为黏度和温度的限制，热熔体的强度在100~500psi范围内。另外，粘接塑料和金属时，这些胶黏剂在接头处产生残余应力，将会影响接头强度和寿命。粘接木材比塑料和金属强度更高。3.胶黏剂（5）热熔体典型应用：服饰珠宝、行李箱、玩具、地毯、泡沫垫子、展品。3.胶黏剂（6）酚醛酚醛是结构性胶黏剂，强度在2000~3500psi范围内，可耐100~300ºF的高温。耐化学性良好，防潮性能从良好到极好。酚醛可以以液体和粉末的形式使用，可以用流体手枪、手持喷枪、计量混炼炉、放射固化装置来分散涂抹，可通过加热或催化剂来固化。3.胶黏剂（7）聚氨酯聚氨酯是密封性的结构胶黏剂，其强度在1000~2500psi范围内。优点是：剪切和剥离强度高；耐高低温（达250ºF）和缝隙填充性、韧性和持久性好；价格相对便宜。不足是：耐潮湿和化学性一般；黏度中等；固化时间有长有短。聚氨酯可以以液体和糨糊的形式使用，可以用流动喷枪和计量混合加热喷枪来分散涂抹。3.胶黏剂（7）聚氨酯聚氨酯粘接大部分塑料和木材性能良好，粘接聚烯烃次之，一般不粘接金属件。典型应用：用来粘接聚碳酸酯、尼龙、ABS、FRP等塑料。3.胶黏剂（8）其他胶黏剂其他的胶黏剂还有多硫化物（密封性好）、亚敏胶黏剂、聚硅氧烷（耐高低温，-100ºF~600ºF）、溶剂基胶黏剂（防潮性、柔韧性、耐高低温性能好，但有毒）、水基胶黏剂（溶剂基胶黏剂的替代）等等。3.胶黏剂溶剂通过分离塑料的聚合链和使表面软化来发挥作用，那么相互挤压使它们的聚合链混合并保持其位置直到溶剂挥发完为止。在室温下，只有无定形的热塑性塑料被溶剂焊接。但热固性塑料不能被溶剂焊接，而结晶性热塑性塑料只有在高温下才能被溶剂焊接。4.溶剂熔剂的配方经常包含多种溶剂，大多数树脂有几种熔剂可供选择。溶剂以不同的速率挥发。低沸点的比高沸点的挥发快，但太快会使表面温度降低而在接头处形成冷凝物，增加10%~20%的慢干溶剂可延迟低沸点溶剂（如丙酮）的挥发以阻止蒸汽的蒸发。这种溶剂称为“阻滞剂”。4.溶剂不同类型的塑料通过相同溶剂的乳化而能粘接起来。但如果零件不能自由膨胀，就需要考虑它们不同的膨胀系数，这对于溶剂比胶黏剂更为重要。这是由于胶黏剂有韧性，可以应付不同热膨胀系数的材料，而溶剂粘接就可能需要制作包含这两种被粘接的混合溶剂。4.溶剂溶剂与塑料的组合塑料溶剂丙酮环乙酮二甲基甲酰胺二噁烷乙酸乙酯二氯化乙烯ABS●丙烯酸●聚碳酸酯●聚苯乙烯●●●聚砜●●聚芳醚●●聚氯乙烯●●采用胶黏剂还是溶剂最基本的理由受下面一些因素的影响。例如，连接不同种类塑料的要求是基本因素，胶黏剂或溶剂的选择将局限于能够连接两种树脂的范围内；如果产量需求是决定性因素之一，那就选择适合各种批量生产的工艺。然后将这些转化到工艺程序中，如