Применение принципа ультразвуковой резки и сварки лент.

Принцип ультразвуковой резки и сварки

Ультразвуковая резка и сварка — это подотрасль применения ультразвука в промышленности, и она получает все более широкое распространение благодаря своей экологичности, эффективности и эстетичности.

Принцип ультразвуковой резки и сварки

Ультразвуковая резка и сварка лент использует высокочастотную механическую вибрацию частотой 20-40 кГц, передавая энергию на контактную поверхность ленты через сварочную головку. 1. Преобразование энергии: Ультразвуковой генератор преобразует электрическую энергию в высокочастотную механическую вибрацию, которая усиливается амплитудным трансформатором и затем передается на сварочную головку. 2. Выделение тепла за счет трения: Сварочная головка прижимается к ленте, вызывая высокочастотное трение между волокнами внутри ленты, мгновенно генерируя локальные высокие температуры 500-1000℃. 3. Синхронная сварка и резка: Высокая температура расплавляет волокна ленты (например, нейлон и полиэстер), в то время как давление сварочной головки уплотняет расплавленную часть, образуя прочный сварочный слой. При использовании со специальной сварочной головкой с режущей кромкой высокая температура позволяет одновременно разрезать ленту, обеспечивая интегрированную «резку + сварку». 4. Охлаждение и формовка: После прекращения вибрации давление поддерживается в течение 0,1-0,5 секунд, что позволяет зоне сварки быстро охладиться и затвердеть, завершая процесс резки и сварки. (Пневматические системы обеспечивают амортизацию, а также охлаждение и формовку во время процесса резки и сварки.)

Состав системы ультразвуковой резки и сварки

Широко используемая система ультразвуковой сварки пластмасс состоит из трех основных компонентов: ультразвукового генератора (электрического блока), ультразвуковой преобразователь (вибратор) и ультразвуковая форма (формовочная головка, сварочная головка, излучатель).

Ультразвуковой генератор (электрический блок), ультразвуковые преобразователи (вибраторы), ультразвуковые формы (формовочные головки, сварочные головки, излучатели).

1. Ультразвуковой генератор (электрический щиток): Преобразует сетевое напряжение в стабильный высокочастотный высоковольтный выходной сигнал.

2. Ультразвуковой преобразователь (осциллятор): Акустическое устройство, преобразующее энергию, трансформирующее электрическую энергию в механическую.

3. Усилитель: Амплитуда механических колебаний преобразователя изменяется с помощью заранее заданного коэффициента усиления.

4. Формы (сварочные головки, рожки): Изготовленный по индивидуальным размерам в соответствии с потребностями сварочных и режущих работ, а также с акустическими характеристиками, отвечающими требованиям резонанса ультразвуковой системы. Ниже я приведу несколько формул для объяснения явления настройки параметров в процессе применения.

Энергия = Амплитуда * Давление * Время * Постоянная K = Мощность * Время

Приведенные выше формулы показывают, что при сварке и резке амплитуда ультразвуковой волны (которая может быть установлена ​​на генераторе), давление (давление воздуха или крутящий момент электроцилиндра, а также жесткость и твердость конструкции) и время излучения волны положительно коррелируют с эффективностью сварки и резки. Другими словами, если изделие плохо разрезано, эти параметры можно корректировать в лучшую сторону. Означает ли это, что чем выше эти параметры, тем лучше? Конечно, нет!

П = K∗A∗f∗δ, где P обозначает мощность сварки в Вт;

К Это константа, величина которой связана со звукопроводимостью и рассеиванием энергии материала. Это означает, что обычно говорят о том, что для разных материалов требуется разная точная настройка параметров, чтобы соответствовать требованиям.

А обозначает площадь сварного шва, измеряемую в квадратных метрах (м²). Это контактная поверхность сварного шва, поэтому длина и угол режущей кромки обычно определяют эту площадь.

ф Это ультразвуковая частота, то есть теоретически, сварка на более высоких частотах проще. Однако, с акустической точки зрения, чем выше частота, тем сложнее достичь большой амплитуды; единица измерения — Гц.

д обозначает амплитуду, измеряемую в метрах (м). Теоретически, большая амплитуда обеспечивает лучшее качество сварки и резки. Однако усталостная долговечность металлических материалов зависит от частоты, свойств материала, напряжения, времени, давления и твердости, и, следовательно, на нее влияют и другие параметры.

Шесть факторов, влияющих на результаты ультразвуковой резки и сварки:

Давление + Время + Механическая структура + Материалы изделия + Отладка

1. Давление ультразвуковой сварки

Приложение соответствующего давления к сварочной поверхности вызывает переход сварочного материала из упругого состояния в пластическое, способствует молекулярной диффузии и вытесняет остаточный воздух из сварного шва, тем самым повышая герметичность сварочной поверхности. Давление, как правило, не превышает 0,5 МПа.

2. Время ультразвуковой сварки/резки (время излучения волны)

Соответствующее время плавления и достаточное время охлаждения имеют решающее значение. При фиксированной тепловой мощности недостаточное время приведет к неполной сварке, в то время как чрезмерное время вызовет деформацию сварного шва, избыток шлака, а иногда и появление горячих точек (изменение цвета) в несваренных участках. Крайне важно обеспечить, чтобы поверхность сварного шва поглотила достаточное количество тепла для достижения полностью расплавленного состояния, гарантирующего адекватную молекулярную диффузию и плавление. Одновременно с этим, достаточное время охлаждения необходимо для достижения сварным швом достаточной прочности.

3. Амплитуда ультразвука

4. Механическая структура

Точность и стабильность изготовления рамы напрямую влияют на качество сварки, особенно для некоторых высокоточных изделий, где механическая конструкция должна соответствовать точности изготовления изделия.

5. Материалы для изготовления изделия

Такие факторы, как материал свариваемых деталей, их структура, толщина и устойчивость к давлению, также напрямую влияют на качество сварки.

6. Отладка оборудования

В заключение, для достижения наилучших результатов ультразвуковой резки и сварки важно также обеспечить отладку оборудования. Гибкая настройка и регулировка различных параметров, а также отладка на месте инженерами играют важную роль.