Ultrazvukové zváranie plastov: Ako to funguje, materiály a dizajn spojov

Plastové diely len zriedka opúšťajú formovací stroj pripravený na použitie. Kryt musí byť uzavretý, rám filtra upevnený, konektor utesnený, aby netečie. Ultrazvukové zváranie plastov robí tieto úlohy tak, že premieňa vysokofrekvenčné vibrácie na teplo presne tam, kde sa stretávajú dve časti: plast zmäkne, roztopí sa a znova stuhne v zlomku sekundy, bez lepidla na miešanie, bez rozpúšťadla na odvetrávanie a bez skrutkovacej vložky na zalisovanie.

Staviame toto zariadenie a trávime veľa času v predajniach zákazníkov, kde sa znova a znova objavujú rovnaké otázky. Ktoré plasty sa vlastne dajú zvárať? Ako by mal byť kĺb tvarovaný? Čo skutočne ovládajú čísla na ovládači? Nasledujúce časti sledujú proces od základnej fyziky cez výber materiálu a návrh spoja až po nastavenia na ovládacom paneli.

Ako funguje ultrazvukové zváranie plastov

Ultrazvukový stroj je reťazec energetických premien. Na jednom konci sa zapojí napájanie zo siete a na druhom konci sa objaví kontrolovaná tavenina.

1. Generátor premieňa napájanie zo siete na vysokofrekvenčný elektrický signál, zvyčajne s frekvenciou 20 kHz, pričom 15 kHz je bežné pre veľké časti a 30 až 35 kHz pre malé časti.
2. Prevodník premení tento signál na mechanické vibrácie rovnakej frekvencie s pohybom meraným v mikrometroch.
3. Zosilňovač a klaksón zosilňujú vibrácie a vtláčajú ich do hornej časti. Roh je jediný komponent, ktorý sa dotýka plastu a jeho čelo je tvarované tak, aby zodpovedalo spoju pod ním.
4. Pneumatický alebo servo lis zovrie obe časti k sebe riadenou silou.
5. Trenie a intermolekulárny pohyb na kontaktnej ploche zvyšujú teplotu, kým sa plast neroztopí, zvyčajne v rozmedzí niekoľkých desatín milimetra od rozhrania.
6. Vibrácie sa zastavia, tlak sa krátko udrží a tavenina stuhne do väzby, ktorá je často pevnejšia ako materiál okolo nej.

Sú dva spôsoby, ako ho aplikovať. Pri ponornom zváraní tryska zostúpi na nehybnú časť a zvarí bod, rebrový vzor alebo celý spoj v jednom cykle. Pri kontinuálnom zváraní sa klaksón pohybuje pozdĺž dielu a utesňuje dlhé švy a široké panely bez nástroja veľkosti produktu.

Čo vám proces dáva a kde sa zastaví

Výhody je ľahké vymenovať:

• Teplo sa vytvára vo vnútri škáry a nie je aplikované zvonku, takže viditeľné povrchy zostávajú čisté a zdobené plochy sa len zriedka poškodia.
• Cykly sú krátke, často do jednej sekundy, čo vyhovuje automatizovanej montáži a veľkoobjemovému lisovaniu.
• Žiadny spotrebný materiál: žiadne lepidlo, rozpúšťadlo, páska alebo spojovací materiál a žiadna doba vytvrdzovania.
• Procesné údaje, ako je energia zvaru, čas zvaru a vzdialenosť zrútenia, môžu byť zaznamenané po častiach.
• Spoje môžu byť vzduchotesné a vodotesné, čo je dôležité pre filtre, lekárske zariadenia a konektory tekutín.

Limity sú rovnako jasné. Termosetové plasty, väčšina elastomérov a pien sa nezvárajú užitočne; zuhoľnatejú alebo absorbujú vibrácie bez roztavenia. Diel musí poskytnúť klaksónu miesto na sedenie a voľnú cestu pre vibrácie, aby dosiahli kĺb. Veľmi hrubé steny sú náročné a dlhé ploché komponenty môžu vyžadovať niekoľko rohov alebo snímací pohyb. Svietidlá a správne naladený klaksón sú súčasťou procesu, nie voliteľným príslušenstvom.

Ktoré plasty sa skutočne dobre zvárajú

Najväčším faktorom je, ako sa polymér správa, keď ním prechádzajú vibrácie. Amorfné plasty ako ABS, polystyrén, polykarbonát, PMMA a PVC efektívne prenášajú ultrazvukovú energiu. Postupne mäknú v teplotnom rozsahu, zvárajú s miernou amplitúdou a často sa dajú spájať ďaleko od rohu – spoj môže byť 10 mm alebo viac pod kontaktným bodom.

Polokryštalické plasty vrátane PP, PE, PA, POM, PET a PBT sa správajú odlišne. Ich ostrá teplota topenia a kryštalická štruktúra pohlcujú vibrácie, takže potrebujú vyššiu amplitúdu, väčšiu silu a spoj blízko rohu, zvyčajne do 6 mm. Keď sa vyžaduje silné alebo hermetické tesnenie, vo všeobecnosti potrebujú skôr šmykový spoj ako jednoduchý energetický riaditeľ. Pozrime sa na to podrobnejšie v našej poznámke ktorým materiálom vyhovuje ultrazvukové zváranie a kde sú praktické limity .

Tri ďalšie detaily rozhodujú o úspechu častejšie, ako uvádza technický list živice. Hygroskopické druhy ako PA a PC by sa mali pred zváraním vysušiť. Plnivá a farbivá menia tuhosť a prenos energie, takže 30% sklom plnený nylon sa správa úplne inak ako neplnený. Nakoniec mastnota, odformovací prostriedok alebo silikónová kontaminácia na povrchu spoja môže úplne zastaviť zvar. Dva rôzne plasty je možné zvárať len vtedy, keď sa ich rozsahy tavenia prekrývajú a pár je chemicky kompatibilný; inak dizajn potrebuje namiesto toho mechanické blokovanie.

Spoločný dizajn: Energetickí riaditelia, šmykové spoje a nástroje

Ultrazvukové zváranie je neúprosné o geometrii. Spoj musí sústrediť energiu na malú počiatočnú kontaktnú plochu, aby sa tavenie začalo predvídateľne. To je úloha energetického riaditeľa: tvarovaný trojuholníkový hrebeň, zvyčajne 0,2 až 0,5 mm vysoký v amorfných plastoch a 0,5 až 0,8 mm v semikryštalických plastoch, s vrcholovým uhlom približne 60 až 90 stupňov. Najskôr sa roztaví, pretečie cez spoj a vytvorí spoj. Tam, kde sa diely musia samo vyrovnávať, alebo kde je materiál semikryštalický, zvyčajne lepšie poslúži schodík, pero-drážka alebo šmykový spoj.

Nad kĺbom je umiestnené náradie. Príliš malý roh sústreďuje napätie a označuje diel; ten, ktorý je príliš veľký, nemusí rezonovať rovnomerne. Prípravky musia pevne držať spodnú časť, pretože energia, ktorá pohybuje prípravkom, je energia stratená zo zvaru. Vlastné nástroje sú súčasťou procesu, o ktorom najviac diskutujeme so zákazníkmi, a vysvetľuje veľký podiel tvrdohlavých výrobných problémov.

Vlastné ultrazvukové formy na zváranie, rezanie a tesnenie Pre potreby vlastných nástrojov, kde roh a uchytenie ovplyvňuje opakovateľné ultrazvukové spracovanie, tento produkt ponúka adaptabilné, vysoko presné formy. Zobraziť produkt →

Nastavenie procesného okna

Keď sú diel a spoj v poriadku, nastavenia stroja rozhodnú, či sa proces bude opakovať jednu smenu po zmene. Hlavné premenné sú:

• Amplitúda nastavená kombináciou klaksónu a zosilňovača; polokryštalické plasty ho potrebujú viac, jemné časti menej.
• Zváracia sila: príliš malá spôsobuje slabý kontakt a značenie povrchu, príliš veľké stlačenie sa roztaví zo spoja skôr, ako stuhne.
• Spúšťacia sila, ktorá rozhoduje o tom, kedy sa spustí ultrazvukový signál po tom, čo sa klaksón dotkne dielu.
• Down speed, ktorý riadi dopad na diel a ako opakovane sa klaksón stretáva s kĺbom.
• Čas zvárania, energia alebo vzdialenosť – tri bežné spôsoby zastavenia cyklu. Režim vzdialenosti je najpriamejším meradlom toho, ako ďaleko sa časti zrútili do seba.
• Doba zdržania, ktorá udržuje diely zovreté, kým tavenina tuhne.

Zmeňte jednu premennú po druhej a namiesto jediného zlatého nastavenia zaznamenajte okno. Proces, ktorý funguje presne v jeden čas zvárania, nie je pod kontrolou; taký, ktorý produkuje dobré diely v malom pásme energetických hodnôt, zvyčajne je.

Výber stroja: Bench Units, Handhelds a Middle Ground

Pre sériovú výrobu je obvyklou odpoveďou stolný stroj s pevným stĺpom, pneumatickým alebo servolisom a dobre vyladeným stohom. Na frekvencii záleží: 15 kHz jednotky poskytujú väčšiu amplitúdu pre väčšie alebo polokryštalické diely, 20 kHz je univerzálny pracant a 30 až 35 kHz stroje vyhovujú malým, jemným komponentom, kde je značenie alebo prevarovanie skutočným problémom.

Ultrazvuková zváračka plastov AH-DSL 15KHz 4200W Pre sériovú výrobu ponúka tento 15 kHz ultrazvukový stroj nastaviteľnú úroveň formy, digitálne sledovanie frekvencie a stojan s okrúhlym stĺpom na zváranie a zalievanie plastov. Zobraziť produkt →

Nie každá práca si zaslúži výrobnú bunku. V prípade prototypov, opravárenských prác, maloobjemovej montáže alebo dielov, ktoré sa nedajú preniesť na pracovný stôl, vykoná ručná zváračka rovnakú prácu v ruke operátora. Jednotky bodového zvárania sú umiestnené medzi tým: siahajú do veľkého výlisku na zváranie výstupku, príchytky alebo lokálneho rebra bez plnohodnotnej trysky.

AH-30 Sonic ručná ultrazvuková bodová zváračka Pre prototypovanie, opravy alebo maloobjemovú montáž ponúka táto kompaktná ručná bodová zváračka prevádzku 28/35 kHz a čisté zvary bez prídavného materiálu. Zobraziť produkt →

Kde sa tieto kĺby objavujú každý deň

• Automobilový priemysel: vnútorné obloženie, kryty svetiel, snímače a nádržky na kvapaliny.
• Lekárske a laboratórne: kryty filtrov, IV komponenty, masky a sterilné obaly.
• Balenie: výlevky vreciek, blistrové balenia a uzávery, ktoré musia zostať nepriepustné.
• Spotrebné produkty: panely spotrebičov, hračky, elektronické kryty a batérie.
• Netkané textílie a jednorazové výrobky: lepenie vrstiev v maskách a hygienických výrobkoch, kde rovnaké vibrácie spájajú vlákna namiesto výliskov.

Odstraňovanie problémov so slabými zvarmi, blikajúcimi a označenými časťami

Väčšina problémov na linke má niekoľko príčin. Toto je užší zoznam, na ktorom pracujeme ako prvý.

Malé návyky, ktoré udržujú proces zvárania zdravý

Po niekoľkých stovkách inštalácií sú rutiny, na ktorých záleží, neočarujúce. Udržujte povrchy spojov čisté a suché a hygroskopické živice správne skladujte. Na začiatku každej zmeny skontrolujte krútiaci moment klaksónu, pretože uvoľnený zväzok mení frekvenciu a potichu ničí zvary. S prípravkom zaobchádzajte skôr ako so súčasťou stroja než ako s príslušenstvom. Zaznamenajte energiu a vzdialenosť kolapsu dobrej časti a potom použite tento záznam ako referenciu, keď sa niečo unáša. A keď sa ukáže, že kĺb je ťažký, pozrite sa na geometriu skôr, ako dosiahnete väčší výkon – väčšinou je odpoveď v návrhu dielu, nie v ovládači.

Ak by ste sa chceli porozprávať cez konkrétnu časť, tím na Changzhou Aoheng Machinery už roky buduje zariadenia na ultrazvukové zváranie, rezanie a tesnenie pre výrobcov textilu, netkanej textílie, medicíny a plastov a my sa vždy radi pozrieme na výkres alebo vzorku a úprimne povieme, či je ultrazvukové zváranie tou správnou odpoveďou.