Ultrahelikeevitusprotsessi parameetrid

Ultrahelikeevitusprotsessi parameetrid

Ultraheli keevitamise peamised protsessi parameetrid on: amplituud, keevitusaeg, hoidmisrõhu aeg, keevitusrõhk, sagedus jne. Parim keevitamise spetsifikatsioon sõltub keevitatavatest komponentidest ja kasutatavatest keevitusseadmetest. Keevitusparameetrite reguleerimine sõltub detaili suurusest ja jäikusest, eriti kaugusest keevituspea kontaktpunkti ja keevisliidese vahel. Keevitusvõimet piirab plastikust' võime ultraheli vibratsiooni edastada (ja osad pole kahjustatud).

1 sagedus

Tavaliselt kasutatakse ultraheli sagedusi 20, 30 ja 40 kHz ning poolkristallplastide puhul kasutatakse sageli 15 kHz sagedusi. 20 kHz on kõige sagedamini kasutatav ultraheli sagedus, kuna termoplastide sulatamiseks selle sageduse jaoks vajalikku amplituudi ja võimsust on lihtne saavutada, kuid see võib tekitada palju mehaanilisi vibratsioone, mida on raske juhtida, ja tööriist muutub väga suureks. Kõrgem sagedus (40 kHz), mis tekitab vähem vibratsiooni, on teostatav ja seda kasutatakse tavaliselt insenertehniliste plastide ja tugevdatud polümeeride keevitamiseks. Kõrgsageduslike keevitusseadmete eeliste hulka kuuluvad: madal müratase, väikeste osade suurus, täiustatud detailide kaitse (tänu tsüklilise stressi vähendamisele ja liigesliidese välispinna valimatule kuumutamisele), täiustatud mehaaniline energia juhtimine, madalam keevitusrõhk ja kiirem töötlemiskiirus. Puuduseks on see, et kaugvälja keevitamist on osade väikese suuruse, vähenenud võimsuse ja väiksema amplituudi tõttu keeruline teostada. Kõrgema sagedusega ultrahelikeevitusmasinaid kasutatakse tavaliselt väikeste, täppisosade (näiteks elektrilülitid) ja materjalide vähem lagunemist vajavate osade keevitamiseks. 15 kHz keevitaja suudab enamiku termoplastidest kiiresti keevitada, enamikul juhtudel vähem materjali lagunemist kui 20 kHz keevitaja. Osasid, mida saab vaevu keevitada 20 kHz-ga (eriti suure jõudlusega kummi- ja plasttehnoloogiast ja -seadmetest), saab tõhusalt keevitada 15 kHz-ga. Madalamatel sagedustel on keevituspea pikema resonantsi pikkusega ja seda saab kõigis mõõtmetes suuremaks muuta. 15 kHz kasutamise teine ​​oluline eelis on see, et võrreldes kõrgemate sageduste kasutamisega vähendab see oluliselt ultrahelilainete sumbumist plastides, võimaldades pehmema plastiku keevitamist ja suuremaid kaugvälju.

2 amplituudi

Edukas keevitamine sõltub keevituspea õige amplituudist. Kõigi sarve / keevituspea kombinatsioonide korral on amplituud fikseeritud. Sobiva sulamisastme saavutamiseks valige amplituud vastavalt keevitatavale materjalile. Üldiselt vajavad poolkristallilised plastid rohkem energiat kui mittekristallilised plastid ja seetõttu vajavad nad otsaotsa suuremat amplituudi. Protsessi juhtimine kaasaegsetes ultraheli keevitusseadmetes võimaldab gradatsiooni. Suurt amplituudi kasutatakse sulamise alustamiseks ja väikest amplituudi sulametalli viskoossuse reguleerimiseks. Amplituudi suurendamine parandab nihkühenduse konstruktsiooniosa keevituskvaliteeti. Tagumiste liigeste puhul paraneb amplituudi kasvades keevisõmbluse kvaliteet ja keevitusaeg. Energia juhtvardadega ultrahelikeevitamisel sõltub keskmine soojuskadude määr (Qavg) materjali komposiitkao moodulist (Eʺ), sagedusest (ω) ja toimivast pingest (ε 0): Qavg=ωε 02 Eʺ / 2

Termoplastide komposiitkao moodul on tihedalt seotud temperatuuriga. Sulamistemperatuuri või klaasistumistemperatuuri saavutamisel suureneb kadumismoodul ja rohkem energiat muundatakse soojuseks. Pärast kuumutamise algust tõuseb temperatuur keevisliideses järsult (kuni 1 000 ℃ / s). Toimiv pinge on proportsionaalne keevituspea amplituudiga, nii et keevisliidese kuumenemist saab reguleerida amplituudi muutmisega. Amplituud on oluline parameeter, mis kontrollib termoplastse ekstrusiooni voolukiirust. Kui amplituud on suur, on keevisliidese kuumutamise kiirus suurem, temperatuur tõuseb ja sula materjal voolab kiiremini, mis toob kaasa molekulaarse orientatsiooni suurenemise, suure hulga sähvatuste ja väiksema keevitustugevuse. Sulamise alustamiseks on vajalik suur amplituud. Liiga madal amplituud põhjustab ebaühtlast sulamist ja enneaegset sulamist. Amplituudi suurendamisel kulub termoplastis suurem kogus vibratsiooni energiat ja keevitatavad osad on suurema pinge all. Kui amplituud on kogu keevitustsükli jooksul püsiv, kasutatakse tavaliselt suurimat amplituudi, mis ei põhjusta keevitatavate osade liigset kahjustamist. Kristalliliste plastide nagu polüetüleen ja polüpropüleen puhul on amplituudi mõju palju suurem kui mittekristalliliste plastide, näiteks ABS ja polüstüreeni puhul. Selle põhjuseks võib olla kristallplastide sulatamiseks ja keevitamiseks vajaminev rohkem energiat. Amplituudi saab reguleerida mehaaniliselt (sarve või keevituspea vahetamise teel) või elektriliselt (muundurile sisestatud pinge muutmisega). Praktikas kasutatakse suurema amplituudi reguleerimisel mehaanilist meetodit ja peenem elektrilist meetodit. Kõrge sulamistemperatuuriga materjalid, kaugvälja keevisõmblused ja poolkristallilised plastid vajavad tavaliselt suuremat amplituudi kui mittekristallilised plastid ja lähiväljakeevised. Amorfsete plastide tüüpiline amplituudivahemik on 30–100 μm, kristallplastidel aga 60–125 μm. Amplituudi profiilide abil on võimalik saavutada hea sulavool ja ühtlane kõrge keevisjõud. Kombineeritud amplituudi ja jõu tasemete jaoks kasutatakse sulamise alustamiseks suurt amplituudi ja jõudu ning seejärel väheneb amplituud ja jõud, et vähendada molekulaarse suunda mööda keevisjoont.

3 Keevitusaeg

Keevitusaeg on vibratsiooni rakendamise aeg. Iga rakenduse jaoks sobiv keevitusaeg määratakse katse abil. Keevitusaja pikendamine suurendab keevisõmbluse tugevust kuni optimaalse aja saavutamiseni. Keevitusaja edasine pikenemine toob kaasa keevisõmbluse tugevuse vähenemise või ainult vähese tugevuse suurenemise, samal ajal kui see suurendab keevisõmblust ja suurendab osalise taandumise võimalust. Oluline on vältida liigset keevitamist, kuna see tekitab liigset välku, mis tuleb kärpida, mis võib halvendada keevisõmbluse kvaliteeti ja tekitada tihendamist vajavates osades lekkeid. Keevituspea võib pinda kriimustada. Pikema keevitusaja korral võivad sulamis- ja purunemisprotsessid tekkida ka vuugipiirkonnast kaugel asuvates osades, eriti vormitud osa aukude, keevitusjoonte ja teravate nurkade juures.

4 Püsimise aeg

Hoidmisrõhu aeg tähistab osade nominaalset aega, mis pärast keevitamist vibratsioonivaba rõhu all kombineeritakse ja tahkestatakse. Enamasti pole see kriitiline parameeter, üldjuhul piisab 0,3 ~ 0,5 sekundist, välja arvatud juhul, kui sisemist koormust on keevitatud osa (näiteks enne keevitamist kokku surutud spiraalvedru) lahti võtta.

5 rõhk

Keevitusrõhk tagab staatilise jõu, mis on vajalik keevituspea ja detaili ühendamiseks, et vibratsiooni saaks osasse edastada. Kui sulammaterjal ühenduskohas tahkub keevitustsükli rõhu hoidmise faasis, tagab sama staatiline koormus osade integreerimise. Optimaalse rõhu määramine on hea keevitamise jaoks hädavajalik. Kui rõhk on liiga madal, põhjustab see energia ülekandes halba või ebapiisavat sulavoolu, mis põhjustab tarbetuid pikki keevitustsükleid. Keevitusrõhu suurendamine vähendab sama nihke saavutamiseks vajalikku keevitusaega. Kui rõhk on liiga kõrge, põhjustab see molekulaarset orientatsiooni mööda voolu suunda ja vähendab keevisõmbluse tugevust, mis võib põhjustada osalise taande. Äärmuslikel juhtudel võib rõhk keevitamispea amplituudi suhtes liiga kõrge olla, mis võib keevituspea üle koormata ja peatada. Ultraheli keevitamisel nõuab suur amplituud madalat rõhku ja madal amplituud nõuab kõrget rõhku. Amplituudi suurenedes kitseneb vastuvõetav rõhuvahemik. Seetõttu on suure amplituudi jaoks kõige olulisem leida parim rõhk. Enamik ultrahelikeevitusi viiakse läbi pideva rõhu või pideva jõu all. Mõne seadme puhul saab jõudu tsükli jooksul muuta, see tähendab, et teostatakse jõu profileerimine ja ultraheli energia rakendamisel detailile vähendatakse keevitusjõudu. Keevitusrõhk või -jõud, mis keevitustsükli lõpus langeb, vähendab liigendist välja pressitud materjali hulka, pikendab molekulide vahelist difusiooni aega, vähendab molekuli orientatsiooni ja suurendab keevise tugevust. Materjalide puhul, mille sulamisviskoossus on sarnane polüamiidiga, võib see oluliselt suurendada keevisõmblustugevust.

6 Keevitusrežiim

Aja järgi keevitamist nimetatakse avatud ahela protsessiks. Keevitatavad osad monteeritakse kinnitusse enne keevituspea langemist ja puudutamist. Siis toimib ultrahelilaine komponendile kindla aja jooksul, tavaliselt 0,2 kuni 1 s. Selle protsessi käigus ei õnnestunud edukalt keevitada. Edukas keevitamine on ideaalne olukord eeldusel, et fikseeritud keevitusaeg põhjustab fikseeritud energiahulga toimimist liigesele, mille tulemuseks on kontrollitud kogus sulamist. Tegelikult pole amplituudi säilitamise kaudu neeldunud võimsus ühest tsüklist teise sama. See on tingitud mitmest tegurist (näiteks sobivus kahe osa vahel). Kuna energia muutub koos jõu ja ajaga ning aeg on fikseeritud, muutub rakendatav energia ühest osast teise. Masstoodangu puhul, kus järjepidevus on oluline, on see selgelt ebasoovitav. Energiakeevitus on suletud ahelaga protsess tagasiside juhtimisega. Ultraheli masinatarkvara mõõdab neeldunud võimsust ja reguleerib töötlemisaega, et liigendisse viia vajalik energia. Selle protsessi eeldus on, et kui iga keevisõmbluse tarbitav energia on sama, on sulamaterjali kogus vuugis iga kord sama. Kuid tegelik olukord on see, et keevituskomplektis ja eriti keevituspea ja detaili vahelises liideses on energiakadu. Seetõttu võivad mõned osad saada rohkem energiat kui teised, mis võib põhjustada ebaühtlast keevitustugevust. Vahemaa abil keevitamine võimaldab osi ühendada kindla keevitussügavusega. See töörežiim ei sõltu ajast, neeldunud energiast ega võimsusest ning kompenseerib vormitud osa võimalikke mõõtmete kõrvalekaldeid, tagades sellega kõige paremini selle, et vuugis sulatatakse iga kord sama kogus plastikut. Kvaliteedi kontrollimiseks saab keevise moodustamiseks kuluvale energiale või ajale piirata