Was ist das Formschweißhorn einer Ultraschall-Kunststoffschweißmaschine?

Ultraschall-Schweißhörner spielen beim Ultraschallschweißen eine Schlüsselrolle. Aber was für ein „Werkzeug“ ist das Schweißhorn und welche Rolle spielt es? Lassen Sie uns sie einzeln vorstellen.

Das Horn ist ein Werkzeug, das Vibrationen effektiv auf die Kunststoffschweißnaht überträgt. Es verfügt über folgende Funktionen:

• Vibrationsenergie übertragen

• Druck weitergeben

• Sendeamplitude

• Bietet eine Form, die sich an die Form des Produkts anpasst, und da der Kunststoff formbar ist, kann er bis zu einem gewissen Grad an das Produkt angepasst werden.

Bei der Konstruktion und Herstellung des Schweißhorns muss sehr sorgfältig vorgegangen werden, da nur gute Schweißhörner gute Schweißergebnisse garantieren können. Wenn das Design des Schweißhorns schlecht ist (Amplitudendesign, unangemessener Vibrationsmodus), kann eine schlechte Herstellung (Materialauswahl, falsche Frequenzänderung) zum Bruch des Schweißhorns führen.

Schweißhörner unterschiedlicher Größe

1. Auswahl und Einschränkungen des Schweißhornmaterials

Typischerweise besteht das Schweißhorn aus drei verschiedenen Materialien, jedes mit seinen eigenen einzigartigen Eigenschaften. Wählen Sie je nach Nutzungsanforderungen und Erwartungen.

• Tantal-Aluminiumlegierung: Wird in der Soft-Mold-Verifizierungsphase oder in der Kleinserienproduktionsphase verwendet und kann mechanischer Belastung nicht standhalten. Oder ein großes Schweißhorn ist aus Gewichts- und Kostengründen ein wichtiger Gesichtspunkt. Dies ist eines der am häufigsten verwendeten Materialien mit guten mechanischen Eigenschaften (Härte und Ultraschallausbreitungsgeschwindigkeit) und Wirtschaftlichkeit.

• Niob-Titan-Legierung: Wird in der kleinen, mittleren und großen Produktionsphase des Produkts verwendet. Es verfügt über eine hervorragende akustische Leistung, hält der maximalen mechanischen Beanspruchung stand, die dreimal so hoch ist wie die einer Aluminiumlegierung, und weist eine relativ hervorragende Verschleißfestigkeit auf. Gleichzeitig kann die Verschleißfestigkeit durch eine gezielte Oberflächenbehandlung der Hornoberfläche deutlich erhöht werden. Wird häufig zum Schweißen mit Glasfaserkunststoffen verwendet.

• Tantallegierungsstahl: wird zum Schweißen von Kunststoffteilen verwendet, die nicht auf Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen angewendet werden können. Es weist eine hohe Härte und höchste Verschleißfestigkeit auf und wird vor der Verwendung gehärtet. Dieses Material wird häufig in Anwendungen verwendet, in denen Ultraschall-Metallschrauben eingebettet sind.

Um die besten Schweißergebnisse zu erzielen, wird die Verwendung großer Ultraschall-Schweißhörner nicht empfohlen. Da die Vibrationsoberflächenamplitudenausgabe großer Hörner nicht genau konstant sein kann, wird empfohlen, beim Schweißen großer Produkte ein muttergespeistes Horn oder mehrere einzelne Hörner zum Schweißen zu verwenden. Bei der Verwendung des Schweißhorns sind außerdem folgende Punkte zu beachten:

•  Schweißhornamplitudenausgang aus Aluminiumlegierung ≤ 60 μm;

• Schweißhorn aus Titanlegierung, bei einem einfachen runden Schweißhorn beträgt die maximale Ausgangsamplitude 90–120 μm;

• Bei großen Hörnern trägt das Hinzufügen von Rillen an der Endfläche des Horns dazu bei, die Amplitudenausgabe gleichmäßiger zu machen, während die maximale Ausgangsamplitude ≤ 60μ m beträgt;

• Bei großen muttergespeisten Schweißhörnern beträgt die Amplitude des weiblichen Schweißhorns ≤ 40μ m;

• Sie müssen scharfe Kanten vermeiden. Alle Schweißhornkanten müssen abgerundet sein, um Brüche zu vermeiden.

• Sie müssen das Schweißhorn mit den entsprechenden Werkzeugen zusammenbauen.

2. FEA bewertet die Qualität des Schweißhorns und optimiert

Mithilfe der fortschrittlichen FEA-Finite-Elemente-Simulation ist es möglich, während der Entwurfsphase eine Fehleranalyse am Schweißhorn durchzuführen sowie das Schwingungsverhalten des Schweißhorns, die Gleichmäßigkeit der Ausgangsamplitude und die maximale Spannung zu bewerten und zu optimieren. Tests haben gezeigt, dass das Schweißhorn genau bewertet werden kann, was die Zuverlässigkeit des Schweißhorns erheblich verbessert.

Fall zur Optimierung der FEA-Schweißhornvibration und -amplitude

Fall zur Optimierung der FEA-Schweißhornvibration und -amplitude

Art und Eigenschaften des Schweißhorns

Es gibt verschiedene Arten von Schweißhörnern, um den unterschiedlichen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden. Beispielsweise wird ein kleines rundes Schweißhorn mit hoher Verstärkung (hoher Amplitudenausgang) zum Schweißen kleiner rechteckiger Teile verwendet; Ein großes rechteckiges Schweißhorn erzeugt eine kleine Amplitude zum Schweißen großer Teile. Die häufigsten Typen sind wie folgt:

• Stufenhorn: Es gibt unterschiedliche Abschnitte an beiden Enden des Schweißhorns, und die beiden Abschnitte sind an der Verbindungsstelle des Schweißhorns abgerundet. Das Stufenhorn hat aufgrund einer plötzlichen Änderung der Knotenebene eine hohe Verstärkung und eine große Amplitudenausgabe, und die mechanische Belastung ist ebenfalls groß. Diese Art von Schweißhorn eignet sich zum Ultraschallschweißen, Nieten, Ablösen und anderen Prozessen.

• Exponentielles Horn: Die Form des Schweißhorns ändert sich gemäß einer Exponentialformel. Der Querschnitt geht allmählich über und verteilt die inneren Spannungen über längere Bereiche, um Spitzenspannungen zu reduzieren. Daher weist ein solches Schweißhorn eine ideale Spannungsverteilung und eine ausgezeichnete Dauerfestigkeit auf. Geeignet für Anwendungen, bei denen der Schweißdruck hoch und die Amplitudenleistung klein ist, wie z. B. Metallschraubeneinlagen.

• Catenoidhorn: vereint die Vorteile einer gestuften hohen Verstärkung und einer exponentiellen niedrigen Spannung. Geeignet zum Schweißen und Nieten verschiedener Kleinteile.

• Rechteckige oder Stabschweißhörner: gängige Ausführungen. Auch kleine rechteckige Hörner sind meist gestuft. Im Allgemeinen beträgt die Breite des Horns mehr als 88 mm. Um seitliche Vibrationen und Belastungen des Horns zu vermeiden, ist es notwendig, Rillen in die Struktur einzufügen. Das standardmäßige rechteckige Horn kann bis zu 250 mm groß sein.

• Kreisförmiges Horn: Enthält hohle oder massive Hörner. Es wird üblicherweise für Kunststoffteile verwendet, die im Schweißbereich rund sind. Kreisförmige Hörner mit Durchmessern über 88 mm weisen typischerweise Schlitze auf, um axiale Vibrationen zu ermöglichen.