超声波焊接可以处理大多数塑料组装应用。其他基于摩擦的工艺，如振动焊接和旋转焊接，通常可以解决其余的问题。然而，这需要以相当大的成本投资三台独立的机器。如果可以配置一台机器来执行任何基于摩擦的焊接过程，只需简单地改变工具会怎么样?
这是Fischer Kunststoff-Schweibtechnik GmbH的灵感，德国伯克塔尔·贝克塔尔的塑料加入设备供应商。两年前，Fischer的工程师联系我们，以确定模块化，灵活，塑料加入中心的可行性，可与可交换的焊接模块和材料处理支持 - 类似于CNC加工中心的塑料组件。目标是创建一台需要最小的人类干预的机器，并在与专用的独立焊接机器的质量和再现性的质量和可重复性下产生组件。
我们接受了挑战。我们的目标是开发一个原型，将能够在不间断流的任何顺序执行不同的连接过程。它需要一个统一的接口来交换加入模块。它需要适应各种各样的设置为小和大的工件。最后，机器需要与上游和下游设备接口，这样它就可以集成到完全自动化的生产环境中。
这项技术
我们的原型柔性连接单元的基础是一个数控加工中心，由Fischer退役和大修。之后，它安装了新的执行器和新的接口系统，能够容纳可交换的连接模块，主要针对热塑性摩擦焊接应用。
我们的原型具有基本功能，包括z轴驱动，使压力和距离控制焊接过程。由于塑料焊接模块比原来的数控模块轻约100公斤，旧机器的平衡块被断开，以设置反压力缸和减压阀，以减少摩擦。这样可以对焊接过程进行更精确的控制。
三到四个控制器多达八个摩擦焊接模块包括在当前的机器。该模块适用于不同性能指标的旋转焊接、直线振动焊接、轨道摩擦焊接、弧度摩擦焊接，覆盖各种零件尺寸和不同材料。(金属部件的摩擦焊接也可能。)
这些模块可以很容易地交换，因为它们与机器库共享一个公共接口。机器的定位工作台可以沿着X轴和Y轴移动，从而可以到达工作台范围内的任意数量的关节。焊接模块本身沿Z轴移动，到达不同高度的连接位置，确保每一个连接过程的精确位移。
实验
为了确定我们原型创造可重复结果和高质量焊缝的能力，我们使用该机器使用圆形振动焊接工艺组装两个圆柱形部件。选择这种工艺是因为它的周期快，而且比线性振动焊接能产生更强的焊缝。在焊接后，测试组件以进行拉伸强度和突发压力。还进行了焊接形态的显微镜分析。
我们的焊接实验中使用的材料是沙特基础工业公司的聚丙烯均聚物（SABIC PP 575P）和注塑聚酰胺66，来自Albis Plastic GmbH的30％的玻璃纤维增强液（Altech PA66 A 2030/310 GF30 IM）。
该部件是非标准几何形状，由卡塞尔大学开发，用于聚合物焊接实验，具有拉伸、爆破压力和光学测试的高适用性。零部件的设计是基于用于汽车流体的储液器。
焊接用每种参数设定的五个试样进行，具有焊接压力和幅度的变化。因为较高的焊接压力通常产生较低的拉伸强度值，所以研究了一种具有更高压力值的一个设置。较高的整体焊接压力用于避免焊接时间以上10秒。这尤其是由于使用具有更高收缩和下表面能量和刚度值的聚丙烯标本的使用。下表面能量导致较少的摩擦 - 因此产生的热量较少。类似地，部分收缩和低刚度可能导致实际摩擦速度较低，因为部件在工具中更具松散地拟合。
另一个可能导致实际摩擦速度较低的因素是原型组合的刚度较低，因为其非常规的布局和尺寸。
拉伸和破裂压力测试是在ISO 139标准规定的标准气候条件下进行的(23℃和50%的相对湿度)。拉伸测试的测试速度为每秒1毫米。
在装有电子压力阀的安全容器中进行了爆破压力试验。利用软件控制压力增长，并将爆破压力与目标压力进行比较。在我们的实验中，压强以每秒0.15兆帕的速度升高。
结果与讨论
我们的试验表明，焊缝质量水平可与传统机器媲美。聚丙烯试样的焊接因素，
特别是，与我们以前用传统焊接设备获得的值相同。(焊接因子是用测量的焊接接头的抗拉强度除以母材的抗拉强度计算出来的。)
pa66试样焊缝因子较低可能是由于整体焊接压力较大和工艺参数未优化所致。玻璃纤维在焊缝中的取向和分布也很不利。特别是在设置3中，这种参数组合导致焊接过程时间相对较短(大约3秒)，随后在测试过程中性能较低。然而，在这一点上，我们强调的是工艺的可行性、再现性和可比性，所以没有采取进一步的工艺优化措施。
拉伸强度测试结果证实，我们的柔性连接中心可以产生重复的焊接结果。在最不利的聚丙烯(高焊接压力)设置下，拉伸强度测试的标准偏差达到了3.05兆帕。除了这个值，并考虑到非优化的工艺参数，标准偏差仍然在一个狭窄的公差范围内，与传统机器的结果相当。
具有聚丙烯的较高的平均摩擦速度导致较高的部分性能，因此必须考虑在未来的测试中考虑材料和机器刚度的影响。类似地，PA 66的焊接压力需要降低以允许更好的部分性能，因为摩擦值相应地更高。（PA 66具有更高的表面能，较少收缩，较大的聚丙烯刚度。）
破裂压力测试结果与拉伸测试结果方向一致，基于每次设置和材料的破裂压力平均值的总体标准差值略低。
结论
我们的主要目标是确定是否足够的再现值可以实现一个灵活的连接中心，我们做到了。不仅标准偏差值在一个完全可接受的范围内，而且抗拉强度和破裂压力测试结果与使用传统的独立设备获得的结果相当——即使焊接参数没有得到优化。
我们实现了这些结果，尽管传统的机器设计通常具有更高的结构刚度，但是（现在最多）的经过验证的工艺质量有利。
在未来，我们计划包括所有焊接模块的过程参数优化，使用分布在整个机器台上的规定的样本组进行致动X和Y轴的再现性测试，并为更高的精度和速度传感器添加频率和速度传感器-line质量控制。
为了改善特殊材料和几何组合的焊接效果，我们还在为我们的机器开发自动化预热模块。以后的商业版本可能还包括一个带杂志的自动模块更改系统。
