[发明专利]用具有低导热系数工具和高机械特性的振动焊接机焊接部件的方法及相应的振动焊接机

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年2月1日提交的美国发明申请No.13/756,807和于2012年2月20日提交的美国临时申请No.61/600,852的优先权。上述申请的全部公开内容通过参引并入本文。

技术领域

本公开涉及振动焊接。

背景技术

本部分提供有关本公开的背景信息，其不必然为现有技术。

通常理解的振动焊接包括通过振动将两个金属件或两个塑料件焊接在一起。两种通常类型的振动焊接是超声波焊接和摩擦焊接。摩擦焊接也被称为振动焊接。

图1示出了典型的超声波金属焊接装置100的模型。超声波金属焊接装置100的典型组成部件包括超声波换能器102、变幅器104以及超声波焊头106。电能从电源101以20kHz至60kHz的频率通过超声波换能器102转换为机械能。在超声波换能器102中转换的机械能经由变幅器104和焊头106传递至焊接负载108(例如两个金属件112、114)。变幅器104和焊头106执行传递机械能以及通过增益系数变换来自超声波换能器102的机械振动的功能。

作用在焊头末端110上的机械振动是执行将金属焊接在一起的任务的运动。焊头末端110可以由碳化钨或其他高强度的、硬质材料制成。待焊接在一起的金属件112、114与焊头末端110相邻地放置。焊头末端110与待焊接的顶部金属件112接触。在图1的实施方式中，焊头106包括两个焊头末端110，两个焊头末端110中的一个焊头末端与顶部金属件112接触。现在，超声波焊头106的轴向振动变为对顶部金属件112的剪切振动。该剪切振动传递至顶部金属件112，使其相对于底部金属件114前后移动，从而使两个金属件的表面在待加热的焊接界面处彼此抵接，最终熔融在一起。焊接砧座120作为底部金属件114的基础。应该理解，这样的超声波焊接机能够用于将多个金属箔层、比如多个铝箔层或铜箔层焊接在一起。

相似的装置用于将塑料件超声波焊接在一起。主要不同在于超声波焊头以一定方式振动以将竖向振动施加至塑料件中。即，超声波焊头使塑料件相对于彼此振动压缩/解压，从而使塑料件的表面在待加热的焊接界面处彼此抵接，最终熔融在一起。

在例如“Method for Processing Workpieces by Ultrasonic Energy(用于通过超声波能量处理工件的方法)”的美国专利No.5,658,408、“Anti-Slice Welder(抗拼接焊接机)”的美国专利No.6,863,205，以及“Ultrasonic Welding Using Amplitude Profiling(通过使用振幅调整的超声波焊接)”的美国专利公布No.2008/0054051中公开了超声波焊接机。上述申请的全部公开内容通过参引并入本文。

在一类摩擦焊接机中，两个件比如热塑性件在焊接间隔期间被迫压在一起并且相对于彼此往复运动。两个件的表面在待加热的焊接界面处彼此抵接产生了摩擦，最终熔融在一起。图2示出了这样的摩擦焊接机的基本模型。摩擦焊接机200包括具有工具204的振动头202。可以是液压的、电动或气动的缸206安装在基板208上并且附接至工作台210。待摩擦焊接的两个件定位在可在工作台210的顶部中凹入的砧座212上。缸206使工作台210抵靠振动头202移动，从而将塑料件推靠振动头202。然后，振动头被供以能量而振动并且使两个塑料件振动使得其相对于彼此进行往复运动。应该理解，摩擦焊接机200能够替代性地构造成使得工作台210保持静止并且振动头202降低成使工具204与塑料件相接触。示例性地，振动头202可以例如在60Hz至320Hz的范围中振动。

摩擦焊接机有时也被称为振动焊接机。在例如Show等人的“Friction Welding Apparatus(摩擦焊接装置)”的U.S 3,920,504和Toth的“Friction Welding Apparatus(摩擦焊接装置)”的U.S.4,352,711中描述了摩擦焊接机，上述专利的全部公开内容通过参引并入本文。

发明内容

本部分提供了本公开的总体概述，并且不是其全部范围或所有特征的全面公开。