Primjena principa ultrazvučnog rezanja i zavarivanja traka

Princip ultrazvučnog rezanja i zavarivanja

Ultrazvučno rezanje i zavarivanje je podpodručje ultrazvučne primjene u industriji, a sve se šire koristi zbog svojih ekološki prihvatljivih, učinkovitih i estetski ugodnih karakteristika.

Princip ultrazvučnog rezanja i zavarivanja

Ultrazvučno rezanje i zavarivanje trake koristi visokofrekventne mehaničke vibracije od 20-40kHz, prenoseći energiju na kontaktnu površinu trake kroz glavu za zavarivanje. 1. Pretvorba energije: Ultrazvučni generator pretvara električnu energiju u visokofrekventne mehaničke vibracije, koje se pojačavaju transformatorom amplitude, a zatim prenose na glavu za zavarivanje. 2. Stvaranje topline trenjem: Glava za zavarivanje pritišće traku, uzrokujući visokofrekventno trenje između vlakana unutar trake, trenutno stvarajući lokalizirane visoke temperature od 500-1000 ℃. 3. Sinkrono zavarivanje i rezanje: Visoka temperatura topi vlakna trake (poput najlona i poliestera), dok tlak glave za zavarivanje zbija rastopljeni dio, stvarajući čvrsti sloj zavara. Ako se koristi sa specifičnom glavom za zavarivanje s reznim rubom, visoka temperatura može istovremeno rezati traku, postižući integrirano "rezanje + zavarivanje". 4. Hlađenje i oblikovanje: Nakon prestanka vibracija, tlak se održava 0,1-0,5 sekundi, omogućujući zavarenom području da se brzo ohladi i stvrdne, dovršavajući proces rezanja i zavarivanja. (Pneumatski sustavi pružaju amortizaciju, a također osiguravaju hlađenje i oblikovanje tijekom procesa rezanja i zavarivanja.)

Sastav ultrazvučnog sustava za rezanje i zavarivanje

Uobičajeno korišteni ultrazvučni sustav za zavarivanje plastike sastoji se od tri glavne komponente: ultrazvučnog generatora (električne kutije), ultrazvučni pretvarač (vibrator) i ultrazvučni kalup (glava kalupa, glava za zavarivanje, rog).

Ultrazvučni generator (razvodna kutija) Ultrazvučni pretvarači (vibratori), ultrazvučni kalupi (glave kalupa, glave za zavarivanje, rogovi)

1. Ultrazvučni generator (električna kutija): Pretvara mrežnu struju u stabilan visokofrekventni, visokonaponski izlaz.

2. Ultrazvučni pretvornik (oscilator): Akustični uređaj koji pretvara energiju, transformirajući električnu energiju u mehaničku energiju.

3. Pojačalo: Amplituda mehaničkih vibracija pretvarača mijenja se putem unaprijed određenog omjera pojačanja.

4. Kalupi (glave za zavarivanje, rogovi): Prilagođeno specifičnim dimenzijama prema potrebama zavarivanja i rezanja, te dizajnirano s akustičnim karakteristikama kako bi se zadovoljili zahtjevi rezonancije ultrazvučnog sustava. U nastavku ću koristiti nekoliko formula za objašnjenje fenomena podešavanja parametara u primjenama.

Energija = Amplituda * Tlak * Vrijeme * Konstanta K = Snaga * Vrijeme

Gornje formule pokazuju da su kod zavarivanja i rezanja amplituda ultrazvučnog vala (koja se može podesiti na generatoru), tlak (tlak zraka ili moment električnog cilindra, kao i strukturna krutost i tvrdoća) i vrijeme emisije vala pozitivno korelirani s učinkom zavarivanja i rezanja. Drugim riječima, ako proizvod nije dobro izrezan, ovi se parametri mogu pozitivno podesiti. Znači li to da što su ovi parametri viši, to bolje? Naravno da ne!

P = K∗A∗f∗δ, gdje P predstavlja snagu zavarivanja, u W;

K. je konstanta čija je veličina povezana s vodljivošću zvuka i disipacijom energije materijala. To znači da obično kažemo da različiti materijali trebaju različito fino podešavanje parametara kako bi zadovoljili zahtjeve.

A predstavlja površinu zavarenog reza, mjerenu u kvadratnim metrima (㎡). To je kontaktna površina zavarenog reza, pa duljina i kut rezne oštrice obično određuju tu površinu.

f je ultrazvučna frekvencija, što znači da je teoretski lakše zavariti više frekvencije. Međutim, akustički, što je veća frekvencija, to je teže postići veliku amplitudu; jedinica je Hz.

dan predstavlja amplitudu, mjerenu u metrima (m). Teoretski, veća amplituda rezultira boljim zavarivanjem i rezanjem. Međutim, vijek trajanja metalnih materijala povezan je s frekvencijom, svojstvima materijala, naprezanjem, vremenom, tlakom i tvrdoćom, te je stoga pod utjecajem drugih parametara.

Šest faktora koji utječu na rezultate ultrazvučnog rezanja i zavarivanja:

Tlak + Vrijeme + Mehanička struktura + Materijali proizvoda + Otklanjanje pogrešaka

1. Tlak ultrazvučnog zavarivanja

Primjena odgovarajućeg pritiska na površinu za zavarivanje uzrokuje prijelaz materijala za zavarivanje iz elastičnog u plastično stanje, potiče molekularnu međudifuziju i istiskuje preostali zrak iz zavara, čime se povećava učinkovitost brtvljenja površine zavara. Tlak općenito ne prelazi 0,5 MPa.

2. Vrijeme ultrazvučnog zavarivanja/rezanja (vrijeme emisije vala)

Odgovarajuće vrijeme taljenja i dovoljno vrijeme hlađenja su ključni. S fiksnim toplinskim učinkom, nedovoljno vrijeme rezultirat će nepotpunim zavarivanjem, dok će prekomjerno vrijeme uzrokovati deformaciju zavara, prelijevanje troske, a ponekad i vruće točke (promjenu boje) u nezavarenim područjima. Ključno je osigurati da površina zavara apsorbira dovoljno topline da postigne potpuno rastaljeno stanje kako bi se osigurala odgovarajuća molekularna difuzija i taljenje. Istovremeno, potrebno je dovoljno vremena hlađenja da bi zavar postigao odgovarajuću čvrstoću.

3. Ultrazvučna amplituda

4. Mehanička struktura

Preciznost i stabilnost izrade okvira izravno utječu na učinak zavarivanja, posebno kod nekih preciznih proizvoda, gdje mehanička struktura mora odgovarati preciznosti proizvoda.

5. Materijali proizvoda

Čimbenici poput materijala zavarenih dijelova, njihove strukture, debljine i otpornosti na tlak također izravno utječu na učinak zavarivanja.

6. Otklanjanje pogrešaka u opremi

Zaključno, kako bi proizvod postigao najbolje rezultate ultrazvučnog rezanja i zavarivanja, važno je jamstvo i otklanjanje pogrešaka u opremi. Fleksibilno usklađivanje i podešavanje različitih parametara te otklanjanje pogrešaka na licu mjesta od strane inženjera igraju važnu ulogu.