超声波焊接机夹具制造技术

一种用于连结热塑性工件的装置，该装置包括超声焊接机，该焊接机包括超声波换能器、增幅器、和具有焊头的焊炬。夹紧机构附接至该超声波焊接机并且包括联接至套管的上框架。超声波焊接机的焊炬的焊头突出到夹紧机构的套管中的孔隙中。夹紧机构将夹紧力施加至工件，该夹紧力不同于当超声波操作以连结热塑性构件时由超声波焊接机施加到工件的焊接力。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及用于从聚合物或聚合物复合材料制造的工件的超声波焊接的装置和方法。
技术介绍
超声波焊接是一种工业技术，其中超声波焊接装置或焊接机局部地施加高频超声波振动到在压力下保持在一起的工件以产生焊点。其通常用于焊接热塑性工件。超声波焊接过程包括将临近的或重叠的工件放置在座或砧座上，以及使用超声波焊接机将高频振动导引至工件之间的接口。超声波焊接机优选地包括转换器或压电换能器、增幅器、和超声焊炬，其也被称为焊炬(horn)。该三个元件被调谐以在相同的超声波频率共振，该频率例如是20、30、35或40kHz。转换器将电信号转换为机械振动，增幅器改变振动的振幅，并且超声焊炬夹紧工件并且施加机械振动到工件以连结工件。电子超声波生成器传递具有与共振频率匹配的高功率的AC信号，并且优选地由控制器控制，该控制器控制压力的焊接机的运动并且传递超声波能量。超声波振动产生热，该热局部地熔化工件材料以形成焊接连结部。超声波焊接机具有额定的最大焊接力。然而，已知的超声波焊接机传递振动能量至工件，而同时将工件于焊接机尖端夹紧在一起。当在工件之间存在间隙时，焊接力可能不足够以有效地夹紧工件以用于超声波焊接。依靠焊接力以闭合工件之间的间隙可能是不足够的，因为工件可能剧烈振动并且其中能量被传递至期望焊接区域外部。
技术实现思路
描述了一种用于连结热塑性工件的装置，该装置包括超声波焊接机，该焊接机包括超声波换能器(transducer)、增幅器(booster)、和具有焊头的焊炬(horn)。夹紧机构附接至该超声波焊接机并且包括联接至套管(boot)的上框架。超声波焊接机的焊炬的焊头突出到夹紧机构的套管中的孔隙中。夹紧机构将夹紧力施加至工件，该夹紧力不同于当超声波焊接机操作以连结热塑性工件时由超声波焊接机施加到工件的焊接力。优选地，当所述超声波焊接机连结热塑性工件时，所述夹紧机构将夹紧力施加到抵靠砧座的工件上。优选地，所述夹紧机构的上框架经由平行布置的多个压缩弹簧而机械地联接至所述套管。优选地，所述夹紧机构的套管还包括用于接触工件的面部分。优选地，所述套管的面部分包括平滑、不可压缩的表面。优选地，所述套管的面部分包括可压缩的表面。优选地，所述套管包括空气通路，所述空气通路流体地可联接到加压空气供给部，以将空气供给到所述夹紧机构的套管中的孔隙中。优选地，当所述超声波焊接机连结热塑性工件时，所述超声波焊接机的焊炬的焊头穿过所述夹紧机构的套管的孔隙而突出并且与所述套管的所述面平齐。优选地，所述焊炬的焊头是圆形形状的并且套管的面环状包围该焊头。优选地，所述焊炬的焊头是圆形形状的并且套管的面具有部分环状形状。优选地，所述焊炬的焊头是矩形形状的，并且套管的面具有断片(fragmented)矩形形状。优选地，联接到所述超声波焊接机并且包括联接到套管的上框架的所述夹紧机构包括可旋转地联接到所述增幅器的所述夹紧机构的上框架，其中所述夹紧机构绕所述超声波焊接机的纵向轴线旋转。优选地，联接到所述超声波焊接机的夹紧机构包括经由快速连接附接装置联接到所述超声波焊接机的夹紧机构。还描述了一种用于连结热塑性工件的装置，该装置包括超声波焊接机，该超声波焊接机包括超声波换能器和具有焊头的焊炬；联接至超声波焊接机并且包括联接至套管的上框架的夹紧机构；以及突出到夹紧机构的套管中的孔隙中的超声波焊接机的焊炬的焊头；其中，所述夹紧机构将夹紧力施加到抵靠砧座的工件上；并且其中，当所述夹紧机构将夹紧力施加到抵靠砧座的工件上时，所述超声波焊接机将机械振动施加到工件中的一个上以连结热塑性工件。优选地，所述夹紧机构的上框架经由平行布置的多个压缩弹簧而机械地联接到所述套管，所述套管包括用于接触工件的下面(lower face)部分。优选地，所述套管包括空气通路，所述空气通路流体地可联接到加压空气供给部，该加压(pressurized)空气供给将空气吹(blows)到所述超声波焊接机的焊炬上。优选地，当所述超声波焊接机施加机械振动到工件中的一个上以连结热塑性工件时，所述超声波焊接机的焊炬的焊头穿过所述夹紧机构的套管的孔隙而突出并且与套管的下面平齐。当考虑结合附图时，本专利技术的上述的特征和优势以及其他的特征和优势可从以下用于实施仅仅由附加的权利要求限定的本专利技术的一些最优模式和其他实施例的详细描述显而易见。【附图说明】一个或多个实施例将参考附图以示例的方式描述如下:图1示意性地示出了超声波焊接机的部分横截面侧视图，其中该超声波焊接机包括超声波换能器、增幅器、焊炬或超声焊炬(sonotrode)、以及根据本公开的夹紧机构；图2图示了根据本公开的、由应用的超声波焊接机作用在一对堆叠的工件上、分别由夹紧机构和尖端施加的夹紧力和尖端力的幅度(magnitudes)的透视图；图3在两个维度上图示了参考图2示出的数据的所选部分，包括根据本公开的、由应用的超声波焊接机作用在一对堆叠的工件上、分别由夹紧机构和尖端施加的夹紧力F和尖端力w的幅度；图4示意性地示出了根据本公开的超声波焊接机的实施例的部分截面侧视图，该超声波焊接机包括超声波换能器、增幅器、焊炬和夹紧机构，其中该夹紧机构包括定位为在机器人臂的端部执行器的框架和套管之间施加力的压缩弹簧；图5示意性地示出了根据本公开的超声波焊接机的实施例的部分截面侧视图，该超声波焊接机包括超声波换能器、增幅器、焊炬和夹紧机构，其中该夹紧机构包括定位为在套管和联接至增幅器的支承表面之间施加力的压缩弹簧以及流动地联接到可控加压空气供给以冷却尖端和被焊接的表面的空气通路；图6-1和6-2示意性地示出了根据本公开的夹紧机构的实施例的仰视图和侧视图，其包括快速连接附接(quick-connect attachment)装置以实现夹紧机构从超声波焊接机的快速更换(change-out)；图7-1、7-2和7-3示出了根据本公开的超声波焊接焊炬和夹紧机构的套管的下面的实施例的仰视图；图8-1示意性地示出了根据本公开的夹紧机构的套管的实施例的截面侧视图，其中套管与工件接触的面具有平滑的表面；以及图8-2示意性地示出了夹紧机构的套管的实施例的截面侧视图，其中套管与工件接触的面具有带纹理的(textured)、粗糙的或可压缩的表面。【具体实施方式】现在参考附图，其中下列描述仅用于图示某些示例性实施例的目的，并且不意味着对本专利技术的限制，图1示意性地示出了根据本专利技术构造的超声波焊接机10的部分截面侧视图。超声波焊接机10包括超声波换能器12、增幅器14、焊炬16或超声焊炬、以及夹紧机构30。超声焊炬是用于将电能转换为超声波振动的装置。焊接能量从电子超声波生成器20传递至超声焊炬。在一个实施例中，超声焊炬10附接至机器人臂的端部执行器，该端部执行器引导超声波焊接机10的定位并且致动该电子超声波生成器20以实现放置在砧座50上的邻近的或重叠的工件40、41的超声波焊接。替代地，超声波焊接机10可用作固定加工设备的一部分，诸如在硬件自动化加工结构中，在工作台结构上，或在基架焊接机结构中。此外，任意的加工结构可由单个超声波焊接机10构成，或替代地由协调作用的多个超声波焊接机10构成。工件可由聚合物复合材料制成，例如热塑性材料，该材料包括但不限于，尼龙、聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯和聚酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于连结热塑性工件的装置，包括：超声波焊接机，其包括超声波换能器、增幅器、和具有焊头的焊炬；夹紧机构，其联接至所述超声波焊接机并且包括联接至套管的上框架；以及超声波焊接机的焊炬的焊头突出到所述夹紧机构的套管中的孔隙中；其中，所述夹紧机构将夹紧力施加至工件，所述夹紧力与当所述超声波焊接机操作以连结所述热塑性工件时由所述超声波焊接机施加到工件的焊接力分离开。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：Y李，SS李，BJ布拉斯基，JF阿林兹，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US