ホットの新機能

Aug 29, 2023

超音波溶着や振動溶着と比較して、熱板溶着には2つの大きな利点があります。大型部品や曲面部品の溶着が可能です。写真提供：ベストツールアンドエンジニアリング株式会社

TH3 プラットフォームは、赤外線溶接、ホットプレート溶接、またはホットガス溶接を実行するために装備できます。 写真提供：デュケイン

溶融する材料の量により、ホット プレート溶接では強力な気密シールされた接合部が生成されます。 写真提供：ソニマット

自動車産業では、ホット プレート溶接は、ヘッドライト、テールライト、ダクト、マニホールド、バッテリー、燃料タンク、フィルター ハウジング、冷却剤および液体リザーバーの組み立てに使用されます。 写真提供：Bielomatik

サーボ制御により、エンジニアは溶接力、速度、変位を正確に制御できます。 また、部品の歪みや誤ってロードされた部品などのエラーも検出できます。 写真提供: Totally Automated Systems

熱板溶接では、治具は垂直方向または水平方向に配置できます。 部品を所定の位置に保持するために、一方または両方の治具の背面に真空ポートを取り付けることができます。 写真提供：フォワードテクノロジー

ホットプレート溶接は、2 つのプラスチック部品を接合するための最も簡単で多用途な方法の 1 つです。 この技術は、小さな部品でも大きな部品でも、平らな部品でも輪郭のある部品でも溶接できます。 一度に 1 つのアセンブリを溶接することも、複数のアセンブリを同時に溶接することもできます。 多くの場合、超音波溶接や振動溶接などの他の接合方法では機能しない場合でも、熱板溶接は機能します。

自動車産業では、この技術はヘッドライト、テールライト、ダクト、マニホールド、バッテリー、燃料タンク、フィルター ハウジング、冷却剤と液体リザーバーの組み立てに使用されています。 家電メーカーは、食器洗い機用のスプレーアームを組み立てるのにホットプレート溶接を使用しています。 洗濯機用の撹拌機とバランスリング。 掃除機用ブラシ。 スチームアイロン用のリザーバー。 ハードウェア業界では、この技術は窓枠やドア枠の溶接に使用されています。 医療機器メーカーは、鋭利物容器やフットマッサージャーの組み立てにホットプレート溶接を使用しています。 この技術は、樽、パレット、木枠などの大きなアセンブリを作成するためにも使用されます。

ホットプレート溶接は 6 つのステップからなるプロセスです。 まず、アセンブリの 2 つの半分がカスタムメイドの治具にロードされます。 積み込みは通常手動で行われますが、6 軸ロボットを使用して行うこともできます。 固定具は垂直方向または水平方向に配置できます。 部品を所定の位置に保持するために、一方または両方の治具の背面に真空ポートを取り付けることができます。 負荷がかかると、各部品のごく一部だけが固定具から突出します。

器具の向きは用途によって異なります。 垂直治具は、オペレーターにとって取り付けが簡単であるため、多くの場合好まれます。 水平治具では、オペレータは治具の上半分を見るのが難しく、したがって、取り付けるのが難しい場合があります。 ヘッドライトとテールライトのアセンブリは通常、垂直の器具で行われます。

一方、アセンブリに内部コンポーネントがある場合は、水平固定具が最適です。 こうすることで、部品が脱落する心配なく、アセンブリの下半分にコンポーネントを挿入できます。 水平固定具は、自動車のダッシュボードのダクトなど、長くて柔軟な部品にも適しています。

治具は、空気圧シリンダー、油圧シリンダー、またはサーボ駆動のボールねじによって駆動されるリニア スライドに接続されています。 後者により、エンジニアは溶接の力、速度、変位を正確に制御できます。 また、部品の歪みや誤ってロードされた部品などのエラーも検出できます。

機械が作動すると、加熱されたプラテンが 2 つの固定具の間を移動します。 次に、各部品の端の周りのプラスチックの小さな部分が溶けるまで、固定具が部品をプラテンに一定時間押し付けます。 治具とプラテンに組み込まれた機械的ストップにより、材料が過剰に溶けるのを防ぎます。 (サーボ制御によりハードストップが不要になります。)

プラスチックが溶けると、固定具は離れ、プラテンが後退し、固定具は再び互いに向かって移動します。 部品を押し合わせて一定時間保持すると、プラスチックが冷えるにつれて溶けた端が融合します。 最後に、固定具が再び分離され、アセンブリがアンロードされます。

すべてを合計すると、ホットプレート溶接のサイクル時間は 10 秒から 1 分近くになります。

プラテンは、厚さ約 1 インチのアルミニウム、P20 型鋼、またはアルミニウム青銅の平らな部分です。 プラテンの長さと幅は、10 インチ×15 インチから 72 インチ×24 インチの範囲です。 プラテン内の電気カートリッジが熱を供給します。 機械とプラテンのサイズに応じて、エンジニアは個々のゾーンの温度を制御できるため、アセンブリの一部の部品の熱が高くなり、他の部品の熱が低くなることがあります。

アルミニウムは低温用途に適しています。 鋼は高温用途に適しています。 アルミニウム青銅は鋼よりも熱の回復が少し早いため、大量の用途に好まれることがよくあります。

輪郭のある部品を溶接するには、部品の形状に合わせて機械加工されたアルミニウムまたはスチールのブロックがプラテンの両側に取り付けられます。 溶けたプラスチックがくっつかないように、テフロンやクロムなどの焦げ付き防止コーティングが工具に塗布されることがよくあります。 輪郭のある部品を溶接する鍵は、ブロックの最低点から最高点までの温度を同じに保つことです。

ホットプレート溶接プロセスのパラメーター (プラテン温度、加熱時間、移行時間、接合圧力、保持時間) は、部品のサイズ、形状、構成によって異なります。

プラテンの温度範囲は 150 ～ 650 °F です。非接触アプリケーション (部品を触れずにプラテンの近くに保持する用途) の場合、プラテン温度は 1,000 °F に達する可能性があります。非接触加熱は、付着したり燃えたりする可能性のある材料のために予約されています。プラテンに触れます。 ただし、非接触動作では熱伝達効率が低下するため、サイクルタイムが長くなります。

加熱時間は塗布ごとに大きく異なり、1.5 秒から 20 秒の範囲です。 アモルファス材料は、エンジニアリンググレードのポリマーよりも早く溶けます。

加熱された部品にかかる圧力は最小限で、14 ～ 150 psi の範囲です。 圧力と変位、つまり部品を互いに押し込む距離は、接合部から溶融プラスチックが絞り出されすぎて溶接が弱くなるのを避けるために、慎重に制御する必要があります。

移行時間は、パーツがプラテンから取り外されてから押し込まれるまでの時間です。 接合プロセスの間プラスチックが溶けたままになるように、この時間はできるだけ短く保つ必要があります。 保持時間は通常数秒です。

スループットを向上させるために、複数のアセンブリを同時に溶接できます。 たとえば、テールランプの組み立ては、一度に 2 つずつ行われることがよくあります。 右側と左側のライトは同時に行われます。または、より一般的には、1 台のマシンで 2 つの右側のライトが行われ、別のマシンで 2 つの左側のライトが行われます。

最新のコンピュータ制御溶接機は、トレーサビリティや品質管理のためのさまざまなデータを収集できます。 また、パラメータ設定をメモリに保存して切り替えを簡素化することもできます。

超音波溶着や振動溶着と比較して、熱板溶着には2つの大きな利点があります。 大型部品や曲面部品の溶着が可能です。 また、溶融される材料の量により、熱板溶接では強力な気密シールされた接合部が生成されます。 熱板溶接は、高くて薄い、支持されていない内壁に使用でき、成形部品のばらつきを非常に許容します。

多くの場合、ホット プレート溶接では、他の技術では不可能なプラスチックの接合が可能です。 たとえば、ポリプロピレンは柔らかいプラスチックがスポンジのように高周波振動を吸収するため、超音波溶着で接合するのが困難です。 熱板溶着は摩擦による発熱を必要としないため、ポリプロピレンを簡単に溶着できます。

一方、熱板溶着は超音波溶着や振動溶着に比べて遅くなります。 また、材料によっては、溶けたプラスチックが工具に付着することが問題となる場合があります。

ほとんどの熱可塑性材料は、ホットプレート溶接を使用して接合できます。 この技術は、アクリル-スチレン-アクリロニトリル、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン（ABS）、エチレン-プロピレン-ジエンモノマー、ポリアミド、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリオキシメチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリフッ化ビニリデン、熱可塑性エラストマー。 Lanxess AG の Durethan ポリアミドなどの一部の材料は、熱板溶接で使用するために特別に配合されています。

ホットプレート溶接は、PMMA と ABS など、多くのプラスチック混合物にも適しています。 PMMAとPVC。 PMMAとポリスチレン。 PBT を含むポリカーボネート; PETとポリカーボネート。 PVC と ABS、高密度ポリエチレンとポリプロピレンなどの他の混合物は、導電性が低くなります。

化学的に適合性があれば、同様の融点と溶融粘度を持つ異種材料を溶接できます。 たとえば、ホットプレート溶接を使用して、ABS をポリカーボネート、PMMA、またはスチレン アクリロニトリルに接合できます。

濃度が 30% 未満に保たれる限り、ガラスやタルクなどの充填剤をプラスチックに添加できます。 ただし、溶加材が溶接部で溶​​けたり再分配されなかったりするため、接合部の強度が低下します。 周囲の空気から水分を吸収する非晶質熱可塑性プラスチックには、加熱および接合段階で気泡が形成されるほどの水分が含まれている可能性があり、溶接部の強度が低下する可能性があります。

ストレートまたはフランジ付きの突合せ継手は、熱板溶接によって形成される最も一般的な継手です。 通常、ウェルドラインの周囲にはバリが発生します。 ただし、接合部を隠すためにパーツにフラッシュ トラップを設計することもできます。

熱板溶接では、治具は垂直方向または水平方向に配置できます。 部品を所定の位置に保持するために、一方または両方の治具の背面に真空ポートを取り付けることができます。 写真提供：フォワードテクノロジー

熱板溶接用の部品を設計する場合、エンジニアは各部品のごく一部が溶接によって消費されることを覚えておく必要があります。 一般的なフラット ジョイントでは、最初の加熱段階で各部品から約 0.015 インチのプラスチックが溶けます。 部品を押し合わせて溶接を形成すると、さらに 0.015 インチの材料が失われます。 したがって、最終アセンブリを特定の高さにする必要がある場合、エンジニアは各部品に 0.03 インチの材料を追加する必要があります。

アセンブリに圧力がかかる場合、エンジニアは接合部付近の部品の厚みを増やすことが必要になる場合があります。 経験則として、ジョイントの厚さは公称壁厚の 1.5 倍である必要があります。 たとえば、フロントガラス ウォッシャー液リザーバーの壁の厚さが 0.1 インチの場合、接合部の幅は少なくとも 0.15 インチ幅である必要があります。

他の組み立てプロジェクトと同様に、エンジニアは設計プロセスの早い段階で機器や材料のサプライヤーに相談することをお勧めします。