Általános ultrahangos hegesztési problémák és megoldások
Az ultrahangos hegesztés alapelve az, hogy a nagyfrekvenciás elektromos energiát nagyfrekvenciás rezgési mechanikai energiává alakítja át. Ez a visszacsapó rezgés átterjed a hőre lágyuló műanyagra vagy fémre, súrlódás és hő keletkezik a műanyag és műanyag, műanyag és fém, vagy fém és fém határfelületén.
Ultrahangos hegesztés során a súrlódás hőt generál két anyagfelület összeolvasztására. Ultrahangos szegecselés esetén a hegesztőfej vezérli az olvadt műanyag áramlását, az alkotó és préselő részeket. Ultrahangos anya szereléskor a hegesztőfej a fém anyát a műanyagba hajtja.
Az ultrahangos hegesztő rendszernek számos konfigurációs lehetősége van, beleértve a különböző frekvenciákat (15Khz-50Khz), a különböző teljesítményeket (600W-4800W) és különféle formákat, például a pneumatikus ultrahangos hegesztőgépeket, a szervo ultrahangos hegesztőgépeket, a kézi hegesztőgépeket, nem szabványos hegesztőgépek, fém ultrahangos hegesztőgépek és így tovább.
Számos tényező befolyásolja az ultrahangos hegesztés sikerét: penész (beleértve a felső hegesztőfejet és az alsó alsó formát), a frekvencia, az anyag, a varrat kialakítása, a hegesztési paraméterek és az alkatrészek fröccsöntése. Ebben a cikkben 5 fő tényezőt mutatunk be.
1. A hegesztőrendszer gyakorisága
A tipikus ultrahangos hegesztő rendszer frekvenciája 15Khz, 20Khz, 30Khz, 35Khz és 40Khz. Meg kell választani a megfelelő hegesztési frekvenciát a termék méretének, a belső alkatrésztípusok, az erősség és a megjelenés követelményeinek megfelelően. Általában a következő elvekre hivatkozhat:
Kicsi és precíz elektronikai termékek (beleértve a NYÁK-alaplapokat és a mikroelektronikai alkatrészeket) héjhegesztéshez használjon nagyfrekvenciás 40 kHz-es hegesztőgépet. A 40Khz-es hegesztőgépnek kisebb az amplitúdója és a minimális hegesztési nyomása, így elkerülhető a termék belső elektronikus alkatrészeinek károsodása.
Az A. osztályú felület megjelenését igénylő kis termékek esetében. 40 kHz-es hegesztőgép hegeszti, amely a kis amplitúdó és nyomás miatt javíthatja a megjelenést.
Közepes és nagy méretű alkatrészek hegesztéséhez használjon alacsony frekvenciájú 15 khz vagy 20 khz hegesztőgépeket.
Lágyabb anyagok, például PP, és vékony falú, rossz merevségű termékek esetében a hegesztéshez alacsony frekvenciájú és nagy amplitúdójú 15 kHz-es hegesztőgépet használnak.
A távoli hegesztésnél, vagyis a hegesztőfej messze van a hegesztési varrattól, például ha nagyobb, mint 12 mm, akkor a hegesztéshez alacsony frekvenciájú és nagy amplitúdójú 15 kHz-es hegesztőgépet használnak.
A 20Khz hegesztőgép alkalmas a legtöbb kis és közepes méretű termék hegesztésére, és egyben a legszélesebb körben alkalmazott ultrahangos frekvencia.
2. Anyag
A műanyagok ultrahangos hegesztésére csak hőre lágyuló műanyagok hegesztésére alkalmas. Mivel megolvadhatnak egy meghatározott hőmérsékleti tartományban. A hőre keményedő műanyagok hevítve lebomlanak, ultrahanggal nem hegeszthetők.
A hőre lágyuló műanyagok hegeszthetősége az anyag merevségétől vagy rugalmassági modulusától, sűrűségétől, súrlódási együtthatójától, hővezető képességétől, fajlagos hőteljesítményétől, Tg üvegesedési hőmérsékletétől vagy Tm olvadási hőmérsékletétől függ.
Általánosságban elmondható, hogy a merev műanyagok kiváló távoli hegesztési teljesítményt mutatnak, mert könnyebben továbbítják a rezgési energiát. Az alacsony rugalmassági modulussal rendelkező lágy műanyagokat azonban nehéz hegeszteni, mert csillapítják az ultrahangos rezgést. Az ellenkezője igaz az ultrahangos szegecselésre vagy a ponthegesztésre. Minél puhább a műanyag, annál könnyebb szegecselni vagy ponthegeszteni.
A műanyagok általában két típusra oszthatók: nem kristályos (amorf) és kristályos. Az ultrahangos energia könnyen átvihető amorf anyagokban, így az amorf műanyagokat könnyen ultrahangos hegesztéssel lehet ellátni. Az ultrahangos energia nem könnyen továbbítható a kristályos anyagokban, ezért nagyobb amplitúdóra és energiára van szükség a kristályos műanyagok hegesztésekor, és a varratot gondosan meg kell tervezni.
Azok a tényezők, amelyek tovább befolyásolhatják az forraszthatóságot, magukban foglalják a nedvességtartalmat, a penészfelszabadító szereket, a kenőanyagokat, a lágyítószereket, a töltőanyag-fokozókat, a pigmenteket, az égésgátlókat és más adalékanyagokat, valamint a tényleges gyanta minőséget. Ezenkívül meg kell jegyezni, hogy a különböző anyagok közötti kompatibilitás mértéke eltérő. Egyes anyagok bizonyos fokig kompatibilisek az egyes osztályzatok között, míg mások nem kompatibilisek.
Végül fontolja meg, hogy a hegesztés közeli vagy távoli hegesztés-e. Ha a hegesztőfej és a hegesztési borda közötti távolság kisebb, mint 6 mm, akkor ezt közeli terepi hegesztésnek nevezzük. 6 mm-nél nagyobb' távoli hegesztésnek hívják. Minél nagyobb a távolság, annál nagyobb a rezgéscsillapítás, és annál nehezebb a hegesztés.
3. Hegesztett közös kialakítás
Az ultrahangos hegesztést befolyásoló legkritikusabb és legfontosabb tényező a kötés kialakítása. Amikor az alkatrészek a tervezés szakaszában vannak, a mérnököknek alaposan át kell fontolniuk és ki kell értékelniük. Különböző kialakítású hegesztett kötések vannak a saját jellemzőikkel és előnyökkel. A kivitel megválasztása a műanyag típusától, az alkatrészek geometriájától, a hegesztési követelményektől, a fröccsöntési képességektől és a megjelenés követelményeitől függ.
Tipikus illesztés:
Háromszög alakú energiavezető borda kialakítás. Ez az ultrahangos hegesztés leggyakrabban használt kialakítása, és a legegyszerűbb kivitel fröccsöntéshez. A síkban egy kis emelt háromszög jellemzi, a háromszög teteje 90 vagy 60 fokos. Mivel éles pontjának kialakításával könnyen lehet irányítani és összpontosítani a rezgési energiát, energiavezető bordáknak nevezzük.
Lépéses varrat kialakítás, könnyű fröccsöntés, ön- elhelyező felső és alsó rész, nagy hegesztési szilárdság, olvadt anyag áramlik a függőleges résbe.
A hornyolt varrat kialakítása, a felső és az alsó rész önmagában is elhelyezhető, nagy szilárdsággal, jó tömítési jellemzőkkel és kívül-belül villogással. Hátránya, hogy bizonyos falvastagságra van szükség.
A nyíróvarrat kialakítását általában olyan nagy méretű termékek hegesztésére használják, amelyek nagy szilárdságú tömítést igényelnek, és különösen alkalmas kristályos műanyagok hegesztésére.
A sálhézagok, amelyeket általában kerek vagy elliptikus alakú alkatrészeken használnak, nagy szilárdságot és nagy tömítést biztosítanak, és különösen alkalmasak kristályos műanyagok hegesztésére.
(A hegesztési konstrukció fenti részletes magyarázatát egy további cikk tartalmazza.)
Annak megállapításához, hogy melyik hegesztési forma alkalmas a termékére, kérjük, forduljon az ultrahangos gyártó mérnökéhez vagy értékesítőjéhez.
4. Szerszám és hegesztőfej
Általánosságban elmondható, hogy az ügyfelek ugyanazon márkájú szerszámokat és hegesztőfejeket választják, mint a hegesztőgépek. Valójában szabadon választhatja a más márkák által biztosított szerszámot és hegesztőfejet, amennyiben a hegesztőfej frekvenciája megegyezik a berendezésével.
A hegesztőfej anyagai választhatnak alumíniumötvözetet, titánötvözetet és kemény ötvözetű acélt. A szerszámanyagok választhatnak alumíniumötvözetet, rozsdamentes acélt és műgyantát. Az anyag kiválasztásának módja, általában vegye figyelembe a műanyag típusát, az üveg üvegszál-tartalmát, az illesztés szerkezetét és méretét, a hegesztési szilárdságot és az élettartamot. Például az élettartam meghosszabbítása érdekében a keményfém acél hegesztőfej a legjobb választás.
Az ultrahangos hegesztőfejek az FEA (véges elemzés) segítségével tervezhetők és optimalizálhatók, lehetővé téve a mérnökök számára, hogy a tényleges gyártás előtt értékeljék a hegesztőfej rezgését és feszültségszintjét. A legjobb hegesztőfej-kialakítás az egyenletes kimeneti amplitúdó és a minimális feszültség. A fenti képen a bal oldali kép az elülső hegesztőfej optimalizált kialakítása, és az amplitúdó kimenete egyenetlen. Jobb oldalon az optimalizálás után a kimeneti amplitúdó egyenletes.
A hegesztőfej tervezésében és gyártásában a szimmetriát gondosan szem előtt kell tartani. A hegesztőfej szimmetriája kulcsfontosságú. Az aszimmetrikus hegesztőfej nem axiális rezgést okoz. A radiális rezgés nagymértékben megnöveli a feszültséget, és a hegesztőfej meghibásodását okozza.
A jó szerszámtervezés szintén nagyon fontos. A szerszámnak két fő funkciója van: (1) igazítsa a részeket a hegesztőfej alá; (2) mereven támassza alá a hegesztési területet. A merev tartó segít visszaverni az ultrahangos energiát a hegesztési helyzetbe, ezért a szerszámok általában fémmegmunkáló részekből készülnek.
A hegesztőfej kopásállóságának növelése és az élettartam növelése érdekében a hegesztőfej felülete volfrámkarbiddal vagy krómozással kezelhető. A szerszámokat szakaszok szerint lehet kialakítani, hogy jobban illeszkedjenek a termékhez.
5. Hegesztési paraméterek
A hegesztési folyamat során a hegesztési paraméterek befolyásolják a hegesztési eredményt. Ezek a paraméterek magukban foglalják az amplitúdót, a hegesztési nyomást, a kiváltó nyomást, a hegesztési távolságot és a hegesztési energiát.
A különböző típusú műanyagok eltérő amplitúdót igényelnek. Az amplitúdó finomhangolható a szoftver százalékos beállításával, vagy széles tartományban állítható be az amplitúdó modulátor eltérő arányú cseréjével. A hegesztési nyomás a gomb vagy a szoftver beállításával állítható be. A kiváltó nyomás azt jelenti, hogy amikor a hegesztőfej megnyomja a terméket, és a nyomás eléri egy meghatározott beállított értéket, a készülék ultrahangot bocsát ki. Ez az érték a gomb vagy a szoftverbeállítások segítségével állítható be.
Az ultrahangos hegesztési folyamatnak számos szabályozási módja van:
Időhegesztési mód, vagyis állítsa be az ultrahangos hegesztés időtartamát.
Távolsághegesztési mód (pozícióhegesztési mód), azaz állítsa be a hegesztési távolságot vagy pozíciót.
Energiahegesztési mód, amely beállítja a hegesztési energiát.
Különböző hegesztési módok vonatkoznak a különböző termékekre. Például a lemezhegesztés energiahegesztési módot alkalmaz, a nagy mérettűréssel rendelkező termékek távolsági hegesztési módot alkalmaznak, a nagy tűrést igénylő termékek pedig a hegesztési módot.
A műanyag ultrahangos hegesztés speciális folyamat. A termékfejlesztés korai szakaszában együtt kell működni az ultrahangos készülékgyártóval, és a berendezésgyártó ezen a területen szerzett tapasztalatait fel kell használni a termék szerkezetének és hegesztési tervezésének értékeléséhez, valamint a minták hegesztési tesztjeinek elvégzéséhez. A későbbi tömegtermelés hozamának javítása érdekében.
