塑料构件高效可靠超声波焊接成热机理与应用研究

发布时间：2022-02-24 00:34

　　随着科技快速发展,轻质塑料组合整体构件在汽车制造、航空航天和人工智能等行业得到广泛应用,但机械、胶接等固接方式难以满足塑料组合构件固接高效率、高可靠性要求,迫切需要研发塑料组合整体构件固接新技术。超声波塑料焊接是一种通过超声振动的焊接头将能量聚焦于焊接件,使接触面分子在热力耦合作用下快速融合的固接方法,目前超声波塑料焊接技术的研究主要集中在微器件键合、复合材料接头性能探讨和界面组织分析等方面,但针对中小型塑料组合构件如何获得高效、可靠的固接效果相关方面的研究成果较少。本文以电子驻车制动系统中的电机齿轮单元（尼龙材质）塑料组合构件焊接工艺为研究对象,采用有限元数值模拟分析和试验相结合的方法,进行超声波焊接成热机理分析、焊接加工系统设计、正交试验焊接参数优化,旨在提高焊接效率、可靠性指标。运用ANSYS有限元分析软件的热力耦合模块建立超声波焊接温度场参数化模型,利用多物理场耦合功能进行热力学分析、温度场模拟,探讨在焊接压力400N、焊接时间0.5s,超声振幅分别为10μm、20μm、30μm、40μm时,焊接区能够达到的温度,得到尼龙材质塑料组合构件焊接的合理振幅为30μm,焊接区温度可达... 

【文章来源】：扬州大学江苏省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 塑料构件固接方法概述
        1.1.1 轻质材料简介
        1.1.2 机械连接
        1.1.3 胶接
        1.1.4 焊接
    1.2 超声波焊接技术
        1.2.1 超声波焊接技术优点
        1.2.2 超声波焊接加工过程介绍
        1.2.3 超声波焊接技术的发展及研究现状
        1.2.4 超声波焊接塑料构件存在的问题
    1.3 论文选题依据与主要研究内容
        1.3.1 选题依据
        1.3.2 主要研究内容
    1.4 本章小结
第二章 塑料构件超声波焊接成热机理分析与温度场模拟
    2.1 电机齿轮单元塑料构件简介
    2.2 塑料构件超声波焊接成热机理分析
        2.2.1 塑料构件热力学分析
        2.2.2 焊接过程传热学基本原理
    2.3 塑料构件超声波焊接数值模拟分析
        2.3.1 超声波焊接应变计算
        2.3.2 超声波焊接温度场模拟
        2.3.3 有限差分法焊接温度计算
    2.4 摩擦辅助超声波焊接
        2.4.1 摩擦辅助超声波焊接成热机理分析
        2.4.2 摩擦辅助超声波焊接温度场模拟
    2.5 本章小结
第三章 超声波焊接振动系统设计与分析
    3.1 超声波焊接振动系统设计与分析方法概述
    3.2 超声波焊接振动系统换能器设计与分析
        3.2.1 夹心式压电换能器简介
        3.2.2 夹心式压电换能器结构设计
        3.2.3 夹心式压电换能器动力学分析
    3.3 超声波焊接振动系统振幅增大杆设计与分析
        3.3.1 振幅增大杆简介
        3.3.2 振幅增大杆结构设计
        3.3.3 振幅增大杆与换能器组合的超声振动装置动力学分析
    3.4 超声波焊接振动系统工具头设计与分析
        3.4.1 焊接工具头结构设计
        3.4.2 超声波焊接振动系统动力学分析
    3.5 超声波焊接振动系统优化设计
    3.6 本章小结
第四章 超声焊接加工系统构建与完善
    4.1 超声波焊接系统总体设计
    4.2 超声波焊接发生器
    4.3 超声波焊接压力施加与测量装置设计
        4.3.1 气压传动系统选型及计算
        4.3.2 压力测量装置设计
    4.4 超声波焊接装卡装置设计
    4.5 超声波焊接系统构建及振幅检测
        4.5.1 超声波焊接系统构建
        4.5.2 超声波焊接系统性能测试
    4.6 本章小结
第五章 塑料构件超声波焊接试验与应用研究
    5.1 电机齿轮单元塑料构件超声波焊接应用试验
        5.1.1 试验参数
        5.1.2 正交试验
        5.1.3 试验数据分析
    5.2 摩擦辅助超声波焊接基础试验
        5.2.1 单一摩擦热作用试验
        5.2.2 摩擦辅助超声作用加工试验
        5.2.3 摩擦辅助超声波焊接应用探讨
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]先进复合材料结构胶接体系的研发与应用[J]. 乔海涛,梁滨,张军营,刘清方,陆松,赵升龙,张瑞秀.  材料工程. 2018(12)
[2]超声辅助搅拌摩擦焊温度场及残余应力场分析[J]. 任朝晖,李存旭,谢吉祥,陈晓建.  焊接学报. 2018(11)
[3]超声波焊接技术在继电器塑料壳体连接中的应用[J]. 黎晓贞,黄华福,邹文生,张坚琳.  塑料工业. 2018(11)
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[5]超声复合电加工在线参数测控及优化试验[J]. 赵青青,邓正泉,朱永伟.  机械工程学报. 2018(17)
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博士论文
[1]聚合物微流控芯片超声波键合机理与方法研究[D]. 张宗波.大连理工大学 2010

硕士论文
[1]食品砖包的超声封口技术研究[D]. 顾荣华.江南大学 2017
[2]齿轮激光精密测量装置与软件系统的研发[D]. 邱林.扬州大学 2017
[3]超声复合电解加工振动系统研制及材料去除效率研究[D]. 王芳.扬州大学 2016
[4]基于超声波焊接技术的木塑窗角部连接工艺研究[D]. 周一龙.东北林业大学 2013
[5]基于超声辅助加工的超声振动系统优化设计及试验[D]. 缪新磊.扬州大学 2012
[6]超声波金属焊接机理及实验装置研究[D]. 王宋.河南理工大学 2009



本文编号：3641609