【产品设计】19种塑料连接方式总结机械设计工程师必备知识包

【产品设计】19种塑料连接方式总结机械设计工程师必备知识包

　　公主裙缝纫,clo缝纫,螺纹缝纫塑料因其具有质轻、耐冲击性好、具有较好的透明性、绝缘性好、成型性好、着色性好、加工成本低等诸多优点被广泛应用于医疗器械、汽车及日用产品中。自从人类早期的时候想把矛头绑在树棍上，装配就成为人类重要的努力方向，塑料件最终使用性能很大程度上取决于塑料件之间的连接方式的。科学家及相关工程技术人员经过长期的研究和实践，开发出很多不同的塑料连接方式。

　　本文对这些塑料连接技术做一个简单的介绍。希望能对相关领域的设计人员在塑料连接方式的选择上提供参考。

　　胶黏剂连接是指同质或异质物体表面用胶黏剂连接在一起的技术，其中胶黏剂是指通过界面的黏附和内聚等作用，能使两种或两种以上的制件或材料连接在一起的天然的或合成的、有机的或无机的一类物质，统称为胶黏剂，又叫黏合剂，习惯上简称为胶。简而言之，胶黏剂就是通过黏合作用，能使被黏物结合在一起的物质。

　　紧固件连接是指应用紧固件来连接塑料件，其中有压入紧固件、自攻螺钉和螺栓连接等。通常所指的压入紧固件是通过其杆上的某种凸起与塑料空形成干涉配合而连接塑料件的。自攻螺钉是利用自攻的螺纹连接而不用再攻制螺纹孔。

　　塑料铰链可分为单件集成铰链、两件集成铰链和多件组合铰链三种类型。其中单件集成铰链是两个部件作为一个整体通过模塑成型得以实现，而不需要其他的附加部件。两件集成铰链先通过模塑成型的方式分别加工两个单独的塑料件，最后通过组装连接。多件组合铰链除加工两个单独的塑料件，还需要使用附加的零件，比如杆或金属等铰链部件。它的优点是可重复开合、集成铰链通常设计在箱内或者靠近内部因而减小了零件的外形尺寸；缺点是模塑成型的模具精度要求高且模具一般较为复杂、需要丰富的开发经验进行活动铰链的合理设计。

　　嵌件成型指在注塑件模具内装入预先准备的异材质嵌件后注入树脂，熔融的材料与嵌件接合固化，制成一体化产品的成型工法。其中螺纹嵌件是在塑料件中产生螺纹的主要途径，这种方式能提供较自攻螺纹更好的连接强度。嵌件品不尽限于金属，也有布、纸、电线、塑料、玻璃、木材、线圏类、电气零件等多种。嵌件成型利用了树脂的绝缘性和金属的导电性的组合，制成的成型品能满足电气产品的基本机能。模内镶件注塑成型装饰技术即IMD（In-Mold Decoration）,IMD是目前国际风行的表面装饰技术。主要用于家电产品的装饰及功能控制面板、汽车仪表盘、空调面板、手机外壳/镜片、洗衣机、冰箱等应用非常广泛。IMD就是将已印刷成型好的装饰片材放入注塑模内，然后将树胶注射在成型片材的背面，使树脂与片材接合成一体固化成型的技术。

　　嵌件模塑成型的主要优点在于：树脂的易成型性、弯曲性与金属的刚性、強度及耐热性的相互组合补充可结实地制成复杂精巧的金属塑料一体化产品。

　　多零件模塑成型也称作双色注塑，是指将两种不同色泽的塑料注入同一模具的成型方法。它能使塑件出现两种不同的颜色，并能使塑件呈现有规则的图案或无规则的云纹状花色，以提高塑件的实用性和美观性。

　　下图所示为双色注塑成型原理。它有两个料筒，每个料筒的结构和使用均与普通注塑成型料筒相同。每个料筒都有各自的通道与喷嘴相通，在喷嘴通路中还装有启闭阀。成型时，熔料在料筒中被塑化好后，由启闭阀控制熔料进入喷嘴的先后顺序和排出料的比例，然后由喷嘴处注射入模腔。便可得到各种混色效果不同的塑料制品。

　　模塑螺纹连接是指通过注塑模具的设计直接将螺纹在塑料零件上成型，进而实现与其它带有同样牙型、公称直径等参数的螺纹连接。

　　塑胶制品上的螺纹分为外螺纹与内螺纹两种，外螺纹通常采用滑块来脱模，内螺纹则采用绞牙方式脱模。其中外螺纹结构比较简单，制品成型后在塑胶制品上会留下分型线痕迹，若分型线痕迹明显会影响产品外观和螺纹的配合。其原理是靠斜导柱作用滑开，然后顶针顶出产品。内螺纹模具又可分为：1、强制脱螺纹结构(非旋转式)。2、非强制脱螺纹(旋转式)。当前模塑螺纹主要是用在瓶盖的制作方面。

　　塑料攻丝螺纹连接是指先在塑料件上钻孔再攻丝以形成螺纹，进而利用该螺纹与其他零件进行连接，该方式和在金属上类似。

　　它的优点在于：该工艺对塑料零件的形状没有任何要求，并通过精密机械工具可以获得定位精确的孔。

　　压力配合也称作受力配合、干涉配合及收缩配合，将装配关系属于过盈配合的轴与孔在一定压力的作用下装配在一起，也可以采用对孔加热以扩大孔或者对轴进行冷却以缩小轴的尺寸来进行两个部件间的装配，装配后两件恢复至同温时而产生过盈配合。它利用被连接塑料件的孔与轴的弹性变形，装配后能传递一定的扭矩或轴向力。

　　卡扣是用于一个零件与另一零件的嵌入连接或整体闭锁的机构，通常用于塑料件的联接，其材料通常由具有一定柔韧性的塑料材料构成。卡扣连接最大的特点是安装拆卸方便，可以做到免工具拆卸。

　　一般来说，卡扣由定位件、紧固件组成。定位件作用是在安装时，引导卡扣顺利、正确、快速的到达安装位置。而紧固件作用是将卡扣锁紧与基体上，并保证使用过程中不脱落。根据使用场合和要求的不同，紧固件又分可拆卸紧固件和不可拆卸紧固件。可拆卸紧固件通常被设计成当施加一定的分离力后，卡扣会脱开，两个连接件分离。这种卡扣，常用于连接两个需要经常拆开的零件。不可拆卸紧固件需要人为将紧固件偏斜，方能将两零件拆开，多用于使用过程中不拆开零件的连接固定。

　　铆焊接工艺特别是用于连接不同材料制成的零件（例如塑料与金属）。一个零件上有铆柱，伸入另一个零件的孔中。然后通过塑料的冷流或熔化，铆柱变形，形成铆钉头，将两个零件机械性锁紧在一起。通过改变焊头的设计，可以获得多种不同的铆钉头设计。

　　冷铆焊接：在冷铆焊接中，通过高压使铆柱变形。冷流使得铆柱区域产生大的应力，因此仅适用于延展性较好的塑料。

　　热铆焊接：在热铆焊接中，压缩焊头发热，因此在铆柱上形成铆钉头所需压力较小，铆钉头中产生的残余应力也较小。可应用于较冷铆焊范围广得多的热塑性材料中，包括玻璃填充材料。其接头质量取决于工艺参数的控制：温度、压力和时间。

　　热气铆焊接：在热气铆焊接中，以过热空气流的方式为铆柱加热，通过铆柱周围的气管传热。然后独 立的冷焊头放低，压缩铆柱。

　　超声波铆焊接：在超声波铆焊接中，利用焊头提供的超声波 能量将铆柱熔化。在焊头持续的压力过程中， 熔化的铆柱材料流入焊头内的型腔中，形成 所需的铆钉头设计样式。

　　焊接原理都是一样的，先把要焊接的两个塑料件对接面加热到熔化，然后增加焊接面的对接压力，稳定保压一定时间至焊接面固化，即焊接成功。

　　主要采用高周波设备高压整流自激高周波电子管振荡瞬间产生电磁波电流电场，利用被加工的PVC、TPU、EVA、PET等塑胶、塑料材料在电磁波电场内其塑胶、塑料材料的内部分子产生极性化摩擦生热，加上一定的压力使所需要热合焊接的塑料、塑胶产品达到熔接效果。

　　旋转摩擦式塑料焊接机一般用来焊接两个圆形热塑性塑料工件。焊接时，一个工件被固定在底模上，另一个工件在被固定的工件表面进行自转运动。由于有一定的压力 作用在两个工件上，工件间摩擦产生的热量可以使两个工件的接触面熔化并形成一个禁固且密闭的结合。其中定位旋熔是在设定时间旋转，瞬间停在设定的位置上， 成为永久性的熔合。

　　热板熔接是指将要连接的两块塑料件的边放到恒温器控制的热板上加热直至表面熔化，然后采用较小的压力将软化了的两表面压在一起实现塑料件的连接，见图。另外有一种常用的热板热合工艺，首先将需要连接的两个部件叠放在一起，使用电热管等途径使热合板发热，热合板下降至两部件中的上部件，同时对热合板施加一定的压力，热合板将两部件接触区域熔化然后固化连接在一起。这种工艺主要用于高分子树脂膜材与塑料件件的密封连接。

　　热气体焊接的方法有三种：点焊、永久热气体焊和挤焊。他们的基本原理一样，通过电机所产生的风带走电热丝所产生的热量，从而得到流动的热空气，使被焊接的两个塑料件与焊条加热呈熔融状态而粘合在一起，从而达到焊接的目的。其中点焊用于永久焊接前将各件固定在一起。

　　永久焊要使用与焊接的零件材料相同的焊条，焊嘴在焊接区域上以扇形来回迅速移动，直到V型槽和焊条软化到能够焊接，通常用热滚筒压在一起。挤焊是指填充树脂或者以颗粒的形式从漏斗处进给或者以筒上的焊条的形式给出，然后从由电动机驱动的单螺杆熔室中挤出，采用电热圈或者热气体进行加热，结合面用连接在挤出机上的热气体预热器进行加热，最后填充树脂和被焊接件熔化而连为一体。

　　超声波焊接是通过超声波发生器将50/60赫兹电流转换成15、20、30或40 KHz 电能。被转换的高频电能通过换能器再次被转换成为同等频率的机械运动，随后机械运动通过一套可以改变振幅的变幅杆装置传递到焊头。焊头将接收到的振动能量传递到待焊接工件的接合部，在该区域，振动能量被通过摩擦方式转换成热能，致使两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，让压力持续几秒钟，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强度。超声波不仅可以被用来焊接硬热塑性塑料，还可以加工织物和薄膜。

　　一套超声波焊接系统的主要组件包括超声波发生器，换能器/变幅杆/焊头三联组，模具和机架 。

　　超声波塑料焊接的好坏取决于换能器焊头的振幅，所加压力及焊接时间等三个因素，焊接时间和焊头压力是可以调节的，振幅由换能器和变幅杆决定。

　　振动焊接工艺中有六个工艺参数：焊接时间、保压时间、焊接压力、振幅、频率和电压。

　　线性振动摩擦焊接利用在两个待焊工件接触 面所产生的摩擦热能来使塑料熔化。热能来自一定压力下，一个工件在另一个表面以一定的位移或振幅往复的移动。一旦达到预期的焊接程度，振动就会停止，同时 仍旧会有一定的压力施加于两个工件上，使刚刚焊接好的部分冷却、固化，从而形成紧密地结合。

　　轨道式振动摩擦焊接是一种利用摩擦热能焊接的方法。在进行轨道式振动摩擦焊接时，上部的工件以固定的速度进行轨道运动——向各个方向的圆周运动。运动可以产 生热能，使两个塑料件的焊接部分达到熔点。一旦塑料开始熔化，运动就停止，两个工件的焊接部分将凝固并牢牢的连接在一起。小的夹持力会导致工件产生最小程 度的变形，直径在10英寸以内的工件可以用应用轨道式振动摩擦进行焊接。

　　角振动焊接是指一个工件围绕一个支点作旋转运动，目前很少出现商业化生产的角振动焊机。

　　激光焊接技术是借助激光束产生的热量使塑料接触面熔化，进而将热塑性片材、薄膜或模塑零部件粘结在一起的技术。

　　它最早出现在20世纪70年代，但是由于费用昂贵，无法和更早的塑料粘接技术相竞争，如振动焊接技术、热板焊接技术。但是从20世纪90年代中期开始，由于激光焊接技术所需要的设备费用下降，该技术才渐渐受到人们的广泛欢迎。

　　当被粘接的塑料零部件是非常精密的材料(如电子元件)或要求无菌环境(如医疗器械和食品包装)时，激光焊接技术就能派上很大用场。激光焊接技术速度快，特别适用于汽车塑料零部件的流水线加工。另外对于那些很难使用其它焊接方法粘接的复杂的几何体，可以考虑使用激光焊接技术。

　　激光焊接的优点主要有：焊接设备不需要和被粘结的塑料零部件相接触；速度快；设备自动化程度高，很方便的用于复杂塑料零部件加工；不会出现飞边；焊接牢固；可以得到高精度的焊接件；无振动技术；能产生气密性的或者真空密封结构；最小化热损坏和热变形；可以将不同组成或不同颜色的树脂粘结在一起。

　　热金属丝焊也被称作电阻焊，使用金属丝在连接的两个塑料件之间传递热量使得塑料件表面熔化，并施加一定的压力而使其连接在一起。

　　金属丝放置在要连接零件中的一个表面上，当电流通过金属丝时，利用他的电阻使金属丝生热，并将热量传递给塑料件。焊接完后金属丝仍留在塑料制品内，而伸出连接处以外的部分在焊接后剪掉。一般会在零件上设计沟槽或其他的定位结构保证金属丝在合适的位置。