So gelingt die perfekte Abstimmung von Ultraschallhorn und Wandler

So gelingt die perfekte Abstimmung von Ultraschallhorn und Wandler

 1. Ultraschallwandlerprinzip und Design (Ultraschallvibrationssystem) passen zusammen

Zusammenfassung: Der Entwurf und die Berechnung des Ultraschallwandlersystems einer Kunststoffschweißmaschine sowie die Verwendung der dreidimensionalen Software PRO-E zum Zeichnen eines dreidimensionalen Modells mit anschließender Frequenzanalyse bieten eine nützliche Entwurfsmethode für das Ultraschallwandlersystem.

Schlüsselwörter: Ultraschallwandler, Ultraschallvibrator, Ultraschallvibrator, Ultraschallvibrationssystem

In der heutigen Gesellschaft sind verschiedene Kunststoffprodukte in verschiedene Bereiche des täglichen Lebens eingedrungen. Die traditionelle Verarbeitungstechnologie kann den Entwicklungsanforderungen der modernen Kunststoffindustrie nicht mehr gerecht werden. Das Ultraschall-Kunststoffschweißgerät muss keinen Klebstoff, Füllstoff oder Lösungsmittel hinzufügen und verbraucht beim Schweißen von Kunststoffprodukten keine große Wärmequelle. Es bietet die Vorteile einer einfachen Bedienung, einer schnellen Schweißgeschwindigkeit, einer hohen Schweißfestigkeit und einer hohen Produktionseffizienz. Daher wird die Ultraschallschweißtechnik immer häufiger eingesetzt. Ultraschallwandlersysteme umfassen normalerweise Ultraschallwandler und Ultraschallhörner, die die Grundkomponenten für das Ultraschallschweißen sind, und gute Ultraschallwandler sind Voraussetzungen für das Ultraschallschweißen.

2.1 Ultraschallwandlerdesign

Wenn die Ultraschall-Kunststoffschweißmaschine in Betrieb ist, erfordert die Bearbeitung des Kunststoffwerkstücks eine hochfrequente Längsvibration, sodass die Ober- und Unterform des Werkstücks vibriert und die Ober- und Unterschicht schmilzt, um den Schweißeffekt zu erzielen. Daher wird der Wandlertyp als zusammengesetzter Längswandler ausgewählt, und die Struktur ist einfach, und das schematische Diagramm ist in Abb. 1 dargestellt. 2 . Die ersten und letzten beiden Teile sind Metallabdeckplatten; Die Mitte ist ein piezoelektrischer Keramikkristallhaufen, bei dem es sich im Allgemeinen um ein längspolarisiertes Rundloch oder Rundrohr oder ein radial polarisiertes Rundrohr handelt. Eine Spannschraube sorgt dafür, dass die drei Teile fest zusammengedrückt werden.

Ultraschallhorn

Strukturdiagramm eines Ultraschallhorns

Ultraschallschweißkopf

Abgestufte Ultraschallform

Unter Verwendung der PRO-E-Software zur Analyse der Hornfrequenz wird zunächst das 3D-Modell des Horns von der PRO-E 3D-Software entsprechend der Größe des Horns gezeichnet. Zweitens wird das Frequenzanalysetool verwendet, um die Frequenz des Horns zu analysieren. Der eingegebene Niederfrequenzwert beträgt 20000 Hz, das Material ist 2A01 und der Elastizitätsmodul des Materials beträgt 0,7×105 MPa, also 0,3. Nachdem die Analyseergebnisse in Abbildung 4 dargestellt sind, beträgt die Vibrationsfrequenz am Ausgang des Horns 20544 Hz, was sich nicht wesentlich vom anfänglichen Frequenzwert von 20 kHz unterscheidet, sodass die Designanforderungen erfüllt werden können.

2.3 Design des Ultraschallschweißkopfes

Wenn das Ultraschall-Kunststoffschweißgerät arbeitet, beträgt die vom Werkzeugkopf auf das Werkstück ausgeübte Kraft etwa 30 bis 50 N, sodass die Kraft nicht groß ist und es sich um einen mittelfesten Arbeitszustand handelt, sodass das harte Aluminium des Modells 2A01 als Herstellungsmaterial ausgewählt werden kann. . Damit der Werkzeugkopf ordnungsgemäß funktioniert, muss der Teil des Werkzeugkopfes, der mit dem Ausgang des Horns verbunden ist, angepasst werden. Unter Anpassung versteht man die Impedanzanpassung zwischen dem Ausgang des Horns und dem Eingang des Werkzeugkopfes. Daher ist es erforderlich, dass bei der Resonanzfrequenz an ihren Verbindungsflächen die Ausgangsimpedanz des Horns gleich der Eingangsimpedanz des Werkzeugkopfes ist. Nach den oben genannten Erkenntnissen erfordert die gleiche Impedanz der beiden lediglich, dass ihre Querschnittsflächen gleich sind.

Zeichnung des Ultraschallschweißkopfes

Mithilfe der PRO-E-Software zur Analyse der Frequenz des Ultraschallschweißkopfs wird zunächst das 3D-Modell des Werkzeugkopfs entsprechend der Größe des Schweißkopfs von der PRO-E 3D-Software gezeichnet. Als nächstes wurde der Werkzeugkopf auf Frequenz analysiert. Der eingegebene Niederfrequenzwert betrug 20 kHz, das Material war 2A01 und der Elastizitätsmodul des Materials betrug 0,7 × 105 MPa, 0,3. Frequenzanalysediagramm

Ultraschall-Schweißkopfprüfung

Es ist ersichtlich, dass die Resonanzfrequenz des kleinen Endflächenteils des Schweißkopfkopfes im oberen Teil der Figur ebenfalls 20021 Hz beträgt, was sich nicht wesentlich von der Frequenz der ersten gegebenen Ultraschallwelle von 20 kHz unterscheidet. Daher kann das Design des Werkzeugkopfes den Designanforderungen entsprechen und die Arbeitszeit kann sein. Die vom Wandler über das Horn auf das Eingangsende des Hornkopfes übertragenen Vibrationen schwingen mit.

Ultraschall-Schweißkopffrequenzanalyse

Gemäß der Schwingungsgleichung eines beliebigen variablen Querschnitts wird die allgemeine Lösung der Schwingungsgleichung unter der Bedingung gelöst, dass die Koordinaten und Randbedingungen jedes Teils des Vibrators bekannt sind, und dann werden die Frequenzgleichung und die Schwingungsgeschwindigkeit um die Randbedingungen der allgemeinen Lösung und des Ultraschallwandlers herum erhalten. Ultraschallwandler wurden mit einer Reihe von Kenntnissen über die Spannungsverteilungsgleichung und die Eigenschaften des Keramikmaterials mit piezoelektrischem Effekt entwickelt. Je nach Betriebszustand der Ultraschall-Kunststoffschweißmaschine wird der Horntyp ausgewählt; Abhängig vom Amplitudenverstärkungsfaktor, der Beziehung zwischen der Leistung der Welle und der Amplitude, wird die Querschnittsfläche des Horns erhalten. Die allgemeine Lösung gemäß der Schwingungsgeschwindigkeitsgleichung und dem Horn. Unter günstigen Bedingungen berechnen Sie die Spannungs- und Schwingungsgeschwindigkeitsverteilung jedes Teils des Horns. Entsprechend der Frequenzgleichung und der Festigkeitsbedingung wurde der Schweißkopf der Ultraschall-Kunststoffschweißmaschine konstruiert.

Parametertest des Ultraschallwandlers

Durch eine Reihe von Wissensdesigns und Berechnungen werden die Abmessungen des Ultraschallwandlers, des Horns und des Werkzeugkopfs bestimmt und die Spektrumanalyse wird von der PRO-E-Software durchgeführt, um zu überprüfen, ob sie die Designanforderungen erfüllen. Damit ist das Vibrationssystemdesign der Ultraschall-Kunststoffschweißmaschine abgeschlossen, was nützliche Designschritte und -methoden für das Ultraschallvibrationssystem bereitstellt.

2. Auswahl der Ultraschallwandler:

Ein Ultraschallwandler ist ein Energieumwandlungsgerät, dessen Funktion darin besteht, die eingegebene elektrische Leistung in mechanische Leistung (z. B. Ultraschallwellen) umzuwandeln und diese dann weiterzugeben, während er eine geringe Menge an Leistung verbraucht (weniger als 10 %). Das zu berücksichtigende Problem bei der Verwendung eines Ultraschallwandlers ist daher die Anpassung an die Eingangs- und Ausgangsklemmen, gefolgt von der mechanischen Montage und den passenden Abmessungen. Es gibt viele Arten von Ultraschallmaschinen auf dem Markt, und Kunden müssen genaue und zuverlässige Indikatoren bereitstellen, um sicherzustellen, dass die vom Unternehmen bereitgestellten Ultraschallwandlerprodukte gut auf die Ultraschallmaschinen Ihres Unternehmens abgestimmt werden können, um eine gute Leistung zu erzielen.

 

Ultraschallwandler

Ultraschallwandler und Ultraschallvibratoren sollten auf folgende Parameter achten:

1 Resonanzfrequenz: f, Einheit: KHz

Die Frequenz bezieht sich auf eine Frequenz, die durch ein Übertragungsleitungsverfahren unter Verwendung eines Frequenzgenerators, eines Millivoltmeters oder dergleichen gemessen wird, oder auf eine Frequenz, die durch einen Impedanzanalysator oder dergleichen gemessen wird. Im Allgemeinen als Kleinsignalfrequenz bekannt. Ihr gegenüber steht die Oberfrequenz, also die tatsächliche, vom Kunden gemessene Betriebsfrequenz, wenn der Aufnehmer über ein Kabel mit der Antriebsstromversorgung verbunden ist und unbelastet bzw. belastet ist. Da die Anpassungsschaltungen der Kunden unterschiedlich sind, weisen dieselben Wandler bei unterschiedlichen Antriebsstromquellen unterschiedliche Frequenzen auf. Solche Frequenzen können nicht als Auftragsbasis herangezogen werden.

2 Wandlerkapazität: CT, Einheit: PF

Das heißt, die freie Kapazität des Wandlers kann mit einer Kondensatorbrücke bei einer Frequenz von 400 Hz bis 1000 Hz gemessen werden, und es kann auch ein Impedanzcharakteristikanalysator verwendet werden. Der Einfachheit halber kann auch die Messung mit einem allgemeinen tragbaren Kapazitätsmessgerät die Anforderungen erfüllen.

3 Wandler-Arbeitsmodus

Aufgrund unterschiedlicher Verarbeitungsmethoden und Anforderungen kann der Arbeitsmodus des Wandlers grob in kontinuierliche Arbeit (Spitzenmaschine, CD-Set-Maschine, Reißverschlussmaschine, Metallschweißen usw.) und Impulsarbeit (z. B. Kunststoffschweißmaschine) unterteilt werden. Unterschiedliche Arbeitsmethoden Die Anforderungen an den Wandler sind unterschiedlich. Im Allgemeinen hat der Dauerbetrieb fast keine Pausenzeit, aber der Betriebsstrom ist nicht sehr groß, der Impulsbetrieb ist intermittierend, es gibt eine Pause, aber der Momentanstrom ist sehr groß. Im Durchschnitt ist die Macht beider Staaten groß.

4 Wandlertyp und hohe Leistung

Der Maschinenhersteller kann für unterschiedliche Einsatzzwecke und Einsatzzwecke unterschiedliche Angaben zur Nennleistung der Maschine machen. Mit anderen Worten: Derselbe Wandler kann unterschiedliche Nennleistungen haben, die auf verschiedenen Maschinen verwendet werden. Um Unklarheiten zu vermeiden, sollte der Kunde die Struktur des Wandlers angeben, z. B. den Säulentyp, den Typ des umgekehrten Horns usw. sowie den Durchmesser und die Anzahl der piezoelektrischen Keramikscheiben.

5 Einbau- und Anschlussmaße

Es gibt hauptsächlich Ultraschallhornmaterialien, Oberflächenbehandlungsmethoden und -formen. Der Ultraschallwandler ist mit dem Ultraschallhorn verbunden, das Ultraschallhorn ist mit der Ultraschallform verbunden und der Durchmesser, die Dicke, die Anzahl der Kerben oder Schraubenlöcher und die Position des Ultraschallhornflansches werden festgelegt.