Co je to ultrazvukový svařovací stroj na svařování plastů?

Ultrazvukové svařovací rohy hrají klíčovou roli při ultrazvukovém svařování. Jakým 'nástrojem' je ale svařovací trychtýř a jaká je jeho role? Pojďme si je jeden po druhém představit.

Horn je nástroj, který efektivně přenáší vibrace na plastový svar. Má následující vlastnosti:

• Přenos vibrační energie

• Průchozí tlak

• Vysílací amplituda

• Poskytuje tvar, který odpovídá tvaru produktu, a protože je plast tvárný, může se do určité míry přizpůsobit produktu.

Konstrukce a výroba svařovací trysky musí být velmi pečlivá, protože pouze dobré svařovací trysky mohou zaručit dobré výsledky svařování. Pokud je konstrukce svařovací trysky špatná (provedení amplitudy, nepřiměřený režim vibrací), špatná výroba (výběr materiálu, nesprávná úprava frekvence) může způsobit prasknutí svařovací trysky.

Různé velikosti svařovacích rohů

1. Výběr materiálu a omezení svařovacího rohu

Typicky je svařovací tryska vyrobena ze tří různých materiálů, z nichž každý má své vlastní jedinečné vlastnosti. Vyberte si podle požadavků na použití a očekávání.

• Tantalová hliníková slitina: používá se ve fázi procesu ověřování měkkých forem nebo ve fázi malé sériové výroby, nemůže odolat mechanickému namáhání. Nebo je důležitým hlediskem velký svařovací roh pro hmotnost a cenu. Jedná se o jeden z nejčastěji používaných materiálů s dobrými mechanickými vlastnostmi (tvrdost a rychlost šíření ultrazvuku) a hospodárností.

• Slitina niobu a titanu: Používá se v malé, střední a velké fázi výroby produktu. Má vynikající akustické vlastnosti a odolá maximálnímu mechanickému namáhání 3x většímu než hliníková slitina a má relativně vynikající odolnost proti opotřebení. Odolnost proti opotřebení lze přitom značně zvýšit provedením specifické povrchové úpravy na povrchu zvukovodu. Často se používá pro svařování se sklolaminátovými plasty.

• Tantalová legovaná ocel: používá se pro svařování plastových dílů, které nelze aplikovat na hliníkové slitiny a titanové slitiny. Má vysokou tvrdost a nejvyšší odolnost proti opotřebení a před použitím se vytvrzuje. Tento materiál se často používá v aplikacích, kde jsou zapuštěny ultrazvukové kovové šrouby.

Pro dosažení nejlepších výsledků svařování se nedoporučuje používat velké ultrazvukové svařovací trysky. Protože amplituda vibračního povrchu u velkých trysek nemůže být přesně konzistentní, doporučuje se při svařování velkých výrobků použít pro svařování matečný trychtýř nebo více jednotlivých trysek. Při používání svařovacího rohu je třeba dbát také na následující body:

•  amplituda svařovacího trychtýře z hliníkové slitiny ≤ 60μm;

• Svařovací trychtýř z titanové slitiny, pro jednoduchý kruhový svařovací trychtýř, maximální výstupní amplituda je 90-120μm;

• U velkých zvukovodů přidání drážek na čelní straně zvukovodu pomáhá dosáhnout rovnoměrnějšího výstupu amplitudy, přičemž maximální výstupní amplituda je ≤ 60μ m;

• U velkorozměrových svařovacích trysek je amplituda samičího svařovacího trychtýře ≤ 40μ m;

• Musíte se vyhnout ostrým hranám. Všechny hrany svarového rohu musí být zaoblené, aby se zabránilo zlomení;

• Svařovací trychtýř musíte sestavit pomocí vhodných nástrojů.

2. FEA vyhodnocuje kvalitu svarového rohu a optimalizuje

Pomocí pokročilé FEA simulace konečných prvků je možné provádět analýzu poruch na svarovém rohu během fáze návrhu, vyhodnocovat a optimalizovat vibrační chování svarového rohu, rovnoměrnost výstupní amplitudy a maximální napětí. Testy prokázaly, že svařovací trychtýř lze přesně vyhodnotit, což výrazně zlepšuje spolehlivost svařovacího trychtýře.

Případ optimalizace vibrací a amplitudy svařovacího rohu FEA

Případ optimalizace vibrací a amplitudy svařovacího rohu FEA

Typ a vlastnosti svařovací trysky

Existují různé typy svařovacích rohů, které vyhovují různým potřebám použití. Například malý kulatý svařovací trychtýř s vysokým ziskem (výstup s vysokou amplitudou) se používá ke svařování malých obdélníkových dílů; velký obdélníkový svařovací trychtýř poskytuje malou amplitudu pro svařování velkých dílů. Nejběžnější typy jsou následující:

• Stupňovitá tryska: Na obou koncích svařovacího trychtýře jsou různé sekce a tyto dvě sekce jsou zaoblené v místě spojení svarové trysky. Stupňovaný roh má vysoký zisk a velkou amplitudu výstupu v důsledku náhlé změny roviny roviny uzlu a také mechanické namáhání je velké. Tento typ svařovacího rohu je vhodný pro ultrazvukové svařování, nýtování, prošlupování a další procesy.

• Exponenciální roh: Tvar svarového rohu se mění podle exponenciálního vzorce. Průřez postupně přechází a rozděluje vnitřní napětí na delší oblasti, aby se snížilo špičkové napětí. Proto má taková svařovací tryska ideální rozložení napětí a vynikající únavovou pevnost. Vhodné pro aplikace, kde je svařovací tlak vysoký a výstupní amplituda je malá, jako jsou kovové šroubové vložky.

• Katenoidní houkačka: kombinuje výhody stupňovitého vysokého zesílení a exponenciálně nízkého napětí. Vhodné pro svařování a nýtování různých malých dílů.

• Obdélníkové nebo tyčové svařovací rohy: běžné provedení. Malé obdélníkové rohy jsou také obvykle stupňovité. Obecně je šířka rohu větší než 88 mm. Aby nedocházelo k bočním vibracím a namáhání klaksonu, je nutné do konstrukce přidat drážky. Standardní obdélníkový roh může mít velikost až 250 mm.

• Kruhový roh: Obsahuje duté nebo plné rohy. Obvykle se používá pro plastové díly, které jsou ve svařované oblasti kulaté. Kruhové trychtýře s průměrem větším než 88 mm jsou obvykle opatřeny štěrbinami, které umožňují axiální vibrace.