[發明專利]一種浮動式激光透射焊接夾緊裝置

有效

• 申請號: 201410496285.2
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104385579B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 劉會霞;蔣海榮;李品;嚴長;王霄
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B29C65/16
• 分類號: B29C65/16
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司32218
• 代理人: 瞿網蘭

技術領域

本發明涉及激光透射焊接領域，特別涉及用于熱塑性塑料間或者熱塑性塑料與金屬材料間的激光透射焊接夾緊裝置，具體地說是一種浮動式激光透射焊接夾緊裝置。

背景技術

塑料制品具有重量輕、強度高、密度低、成本低、彈性優良、耐腐蝕等優點，因此塑料應用越來越廣泛，尤其熱塑性塑料。大多數熱塑性塑料制品都為模制品，受注塑、擠塑加工工藝和模具制作等多方面的影響，很多形狀不規則或結構復雜的塑料制品很難一次注塑成型，通常最經濟、有效的方法是將多個簡單的注塑件組合在一起，因此，出現了各種各樣的熱塑性塑料的連接方法。傳統的機械連接方法由于易損傷元器件、連接不牢固和外來物質的引入等缺點而得不到廣泛使用。激光透射焊接相比于傳統的焊接方法有著諸多的優點，比如，形成精密、牢固、密封的焊縫；易于控制，能實現自動化生產；焊接熱影響區?。缓附铀俣瓤?，質量高，焊縫位于材料界面處；焊接熱應力和振動應力?。荒軌驅崿F異種材料的焊接，是熱塑性塑料間以及熱塑性塑料與金屬之間最具有潛力的焊接方法。

激光透射焊接技術是一種新興的熱塑性塑料的焊接方法，它采用的是近紅外激光束（800~1060nm）作為激光熱源，通過透鏡、反射鏡或光釬組成的光路傳輸系統，將激光能量傳輸到待焊區域。在激光透射焊接過程中，要求上層材料對入射光透明（一定的波長下），下層材料對激光有很高的吸收率。當激光穿過透明層材料時，激光能量在下層材料的上表面被高效的吸收，光能轉變為熱能，形成一定的溫度梯度，在熱傳導的作用下，熱量向上、下兩個方向傳輸，上、下層材料緊接著被加熱、熔化。在壓緊力的作用下分子間相互擴散，經過一段時間后熔池冷卻，最終形成焊縫。

激光透射焊接技術是未來發展的趨勢，但是其也面臨一大難題，就是焊接夾緊裝置。首先，專利《用于激光焊接塑料材料的焊接裝置及其焊接方法》，申請號為：201110109966.5，該焊接裝置是通過液壓驅動壓板機構，使之與支撐板配合對工件實行夾緊，壓力的大小可由調壓閥控制并由壓力傳感器傳至顯示器上顯示出來。該焊接裝置的優點是機構較為簡單，壓力易于調節和控制。缺點是只能對一些平面型焊縫（即表面要求平整）進行焊接，無法實現三維焊縫的焊接，但是實際應用中三維焊接件的應用越來越多。其次，萊丹公司發明的Globo焊接裝置比較巧妙，其焊接頭部有一個玻璃球，這個玻璃球既能對激光束聚焦，又能施加壓緊力，其主要優點是能夠實現任意三維焊縫的焊接，且結構緊湊，但是它采用的是單個點接觸，容易導致焊接后應力集中，此外該玻璃球長時間滾動摩擦容易導致玻璃球表面磨損，使玻璃球光學性能變差，所以，迫切需要一種能克服這些缺點的裝置。

發明內容

本發明的目的是針對上述現有技術的不足，設計一種熱塑性塑料間及熱塑性塑料與金屬之間的浮動式激光透射焊接夾緊裝置，它可以實現對曲面工件的焊接，同時能精確控制焊接路徑和壓緊力，提高焊接件的整體強度和剛度，采用多個滾輪壓緊，避免加工后出現應力集中，提高加工工件的質量。

本發明的技術方案是：

一種浮動式激光透射焊接夾緊裝置，其特征是它包括PC機、步進電機控制系統、底模、X，Y，Z軸進給系統、施壓機構和浮動壓緊機構，?X軸進給系統在步進電機控制系統的控制下使安裝有上工件、下工件和底模的工作臺運動到X軸焊接起始位置處，Y軸進給系統在步進電機控制系統的控制下使右移動板帶動施壓機構和浮動壓緊機構沿Y軸向移動到焊接起始位置處，PC機控制施壓機構給浮動壓緊機構施加設定的預壓力作用于上工件及下工件上，Z軸進給系統在步進電機控制系統的控制下帶動安裝在上移動板上的激光頭上下移動以便使激光的焦點位于上工件和下工件的交接面上。

所述的施壓機構包括液壓控制系統和液壓小頂針，液壓控制系統控制電磁閥，電磁閥通過控制液壓小頂針的進油管道和出油管道的通斷來控制液壓小頂針伸出或者收回，液壓小頂針安裝于上移動板內且向下放置，液壓小頂針的下端連接有上橫板；所述的浮動壓緊機構包括壓桿、活動壓緊平臺、彈簧、缸體、滾輪底座和滾輪，壓桿最上端設有一個下橫板，活動壓緊平臺連接在壓桿的最下端，用于壓緊上工件和下工件的滾輪安裝在活動壓緊平臺的下部，在液壓小頂針下端的上橫板與壓桿上端的下橫板之間安裝有壓力傳感器和施力彈簧，彈簧上下端分別固定在所述的上橫板和下橫板上，壓力傳感器的壓力數據傳輸給液壓控制系統，液壓控制系統根據2個壓力傳感器的壓力和與預壓緊力對比的結果控制電磁閥，電磁閥控制液壓小頂針伸出或者收回，液壓小頂針伸出或者收回導致壓力傳感器數據變化，壓力傳感器的數據反饋給液壓控制系統，從而實現實時反饋的夾緊，且能精確控制壓緊力。