Ultrazvukové svařování plastů: Jak to funguje, materiály a návrh spojů

Plastové díly zřídka opustí formovací stroj připravený k použití. Pouzdro musí být uzavřeno, rám filtru upevněn, konektor utěsněný, aby nemohlo dojít k úniku. Ultrazvukové svařování plastů tuto práci provádí tak, že přeměňuje vysokofrekvenční vibrace na teplo přesně tam, kde se dvě části setkávají: plast změkne, roztaví se a znovu ztuhne ve zlomku sekundy, bez lepidla, které by se muselo míchat, bez rozpouštědla k odvětrávání a bez šroubovací vložky pro zalisování.

Stavíme toto zařízení a trávíme spoustu času v obchodech zákazníků, kde se znovu a znovu objevují stejné otázky. Které plasty lze vlastně svařovat? Jak by měl být spoj tvarován? Co skutečně ovládají čísla na ovladači? Níže uvedené části sledují proces od základní fyziky přes výběr materiálu a návrh spoje až po nastavení na ovládacím panelu.

Jak funguje ultrazvukové svařování plastů

Ultrazvukový stroj je řetězec přeměn energie. Na jednom konci se připojí napájení ze sítě a na druhém konci se objeví kontrolovaná tavenina.

1. Generátor převádí napájení ze sítě na vysokofrekvenční elektrický signál, obvykle 20 kHz, přičemž 15 kHz je běžné pro velké díly a 30 až 35 kHz pro malé.
2. Převodník přemění tento signál na mechanickou vibraci stejné frekvence s pohybem měřeným v mikrometrech.
3. Posilovač a klakson zesilují vibrace a zatlačují ji do horní části. Roh je jediný komponent, který se dotýká plastu, a jeho čelo je tvarováno tak, aby odpovídalo kloubu pod ním.
4. Pneumatický nebo servolis sevře obě části k sobě řízenou silou.
5. Tření a intermolekulární pohyb v kontaktní oblasti zvyšují teplotu, dokud se plast neroztaví, obvykle v rozmezí několika desetin milimetru od rozhraní.
6. Vibrace se zastaví, tlak se krátce podrží a tavenina ztuhne do vazby, která je často pevnější než materiál kolem ní.

Existují dva způsoby, jak jej aplikovat. Při ponorném svařování trychtýř sestoupí na nehybnou součást a svaří bod, vzor žebra nebo celý spoj v jednom cyklu. Při kontinuálním svařování se rohovina pohybuje podél součásti a utěsňuje dlouhé švy a široké panely bez nástroje velikosti produktu.

Co vám proces dává a kde se zastaví

Výhody lze snadno vyjmenovat:

• Teplo je generováno uvnitř spoje spíše než aplikováno zvenčí, takže viditelné povrchy zůstávají čisté a zdobené oblasti jsou zřídka poškozeny.
• Cykly jsou krátké, často do jedné sekundy, což vyhovuje automatizované montáži a velkoobjemovému lisování.
• Žádné spotřební materiály: žádné lepidlo, rozpouštědlo, páska nebo spojovací materiál a žádná doba vytvrzování.
• Procesní data, jako je energie svaru, doba svařování a vzdálenost kolapsu, lze zaznamenávat po částech.
• Spoje mohou být vzduchotěsné a vodotěsné, což je důležité pro filtry, lékařské přístroje a konektory tekutin.

Limity jsou stejně jasné. Termosetové plasty, většina elastomerů a pěn se nesvařují užitečně; zuhelnatělé nebo absorbují vibrace, aniž by se roztavily. Součást musí poskytovat klaksonu místo k sezení a volnou cestu pro vibrace, aby dosáhly kloubu. Velmi silné stěny jsou obtížné a dlouhé ploché součásti mohou vyžadovat několik rohů nebo skenovací pohyb. Svítidla a správně naladěný klakson jsou součástí procesu, nikoli volitelné doplňky.

Které plasty se ve skutečnosti dobře svařují

Největším faktorem je, jak se polymer chová, když jím prochází vibrace. Amorfní plasty jako ABS, polystyren, polykarbonát, PMMA a PVC efektivně přenášejí ultrazvukovou energii. Postupně měknou v teplotním rozsahu, svařují se střední amplitudou a často mohou být spojeny daleko od rohu – spoj může sedět 10 mm nebo více pod kontaktním bodem.

Polokrystalické plasty, včetně PP, PE, PA, POM, PET a PBT, se chovají odlišně. Jejich ostrý bod tání a krystalická struktura pohlcují vibrace, takže potřebují vyšší amplitudu, větší sílu a spoj blízko rohu, obvykle do 6 mm. Když je vyžadováno silné nebo hermetické těsnění, obvykle potřebují smykový spoj spíše než jednoduchý energetický dirigent. Podrobněji se na to podíváme v naší poznámce na jaké materiály ultrazvukové svařování vyhovuje a kde jsou praktické limity .

Tři další detaily rozhodují o úspěchu častěji, než uvádí technický list pryskyřice. Hygroskopické druhy jako PA a PC by měly být před svařováním vysušeny. Plniva a barviva mění tuhost a přenos energie, takže 30% nylon plněný sklem se chová zcela odlišně od neplněné třídy. Konečně, mastnota, separační prostředek nebo silikonová kontaminace na povrchu spoje může zcela zastavit svar. Dva různé plasty lze svařovat pouze tehdy, když se jejich rozsahy tavení překrývají a pár je chemicky kompatibilní; jinak konstrukce potřebuje místo toho mechanické blokování.

Návrh spoje: Energetickí ředitelé, smykové spoje a nástroje

Ultrazvukové svařování je neúprosné o geometrii. Spoj musí soustředit energii na malou počáteční kontaktní plochu, aby tavení začalo předvídatelně. To je úkolem energetického ředitele: lisovaný trojúhelníkový hřeben, obvykle 0,2 až 0,5 mm vysoký u amorfních plastů a 0,5 až 0,8 mm u semikrystalických, s vrcholovým úhlem zhruba 60 až 90 stupňů. Nejprve se roztaví, proteče přes spoj a vytvoří vazbu. Tam, kde se díly musí samy vyrovnávat nebo kde je materiál semikrystalický, obvykle lépe poslouží schod, pero-drážka nebo smykový spoj.

Nad kloubem je umístěno nářadí. Příliš malý roh soustřeďuje napětí a značí součást; ten, který je příliš velký, nemusí rezonovat rovnoměrně. Přípravky musí držet spodní část pevně, protože energie, která pohybuje přípravkem, je energie ztracená ze svaru. Zakázkové nástroje jsou součástí procesu, o kterém se zákazníky nejvíce diskutujeme, a vysvětluje velký podíl tvrdohlavých výrobních problémů.

Zakázkové ultrazvukové formy pro svařování, řezání a těsnění Pro potřeby zakázkových nástrojů, kde roh a upínací přípravek ovlivňují opakovatelné ultrazvukové zpracování, nabízí tento produkt přizpůsobitelné, vysoce přesné formy. Zobrazit produkt →

Nastavení procesního okna

Jakmile je díl a spoj v pořádku, nastavení stroje rozhodne, zda se proces bude opakovat směnu po směně. Hlavní proměnné jsou:

• Amplituda, nastavená kombinací houkačky a zesilovače; semikrystalické plasty ho potřebují více, choulostivé části méně.
• Síla sváru: příliš malá způsobuje špatný kontakt a povrchové značení, příliš velké stlačení se ze spoje roztaví, než ztuhne.
• Spouštěcí síla, která rozhoduje, kdy se spustí ultrazvukový signál poté, co se houkačka dotkne dílu.
• Down speed, která řídí dopad na součást a jak opakovaně se klakson setkává s kloubem.
• Doba svařování, energie nebo vzdálenost – tři běžné způsoby zastavení cyklu. Režim vzdálenosti je nejpřímějším měřítkem toho, jak daleko se části zhroutily do sebe.
• Doba výdrže, která udržuje díly sevřené, zatímco tavenina tuhne.

Měňte jednu proměnnou po druhé a zaznamenejte spíše okno než jediné zlaté nastavení. Proces, který funguje přesně v jeden čas svařování, není pod kontrolou; takový, který produkuje dobré díly v malém pásmu energetických hodnot, obvykle je.

Výběr stroje: Bench Units, Handhelds a Middle Ground

Pro sériovou výrobu je obvyklou odpovědí stolní stroj s pevným sloupem, pneumatickým nebo servolisem a dobře vyladěným stohem. Na frekvenci záleží: 15 kHz jednotky poskytují větší amplitudu pro větší nebo semikrystalické součásti, 20 kHz je univerzální dříč a 30 až 35 kHz stroje vyhovují malým, jemným součástkám, kde je značení nebo převaření skutečným problémem.

Ultrazvuková svářečka plastů AH-DSL 15KHz 4200W Pro sériovou výrobu nabízí tento 15 kHz ultrazvukový stroj nastavitelnou úroveň formy, digitální sledování frekvence a stojan s kulatým sloupem pro svařování a zalévání plastů. Zobrazit produkt →

Ne každá práce si zaslouží výrobní buňku. U prototypů, opravárenských prací, maloobjemových montáží nebo dílů, které nelze přenést na pracovní stůl, odvede stejnou práci ruční svářečka v ruce operátora. Jednotky bodového svařování jsou umístěny mezi tím: zasahují do velkého výlisku, aby svařily výstupek, sponu nebo místní žebro bez plnohodnotné trysky.

AH-30 Sonic ruční ultrazvuková bodová svářečka Pro prototypování, opravy nebo maloobjemovou montáž nabízí tato kompaktní ruční bodová svářečka provoz 28/35 kHz a čisté svary bez přídavného materiálu. Zobrazit produkt →

Kde se tyto klouby objevují každý den

• Automobilový průmysl: vnitřní obložení, pouzdra světel, senzory a nádržky kapalin.
• Lékařské a laboratorní: pouzdra filtrů, IV komponenty, masky a sterilní obaly.
• Balení: výlevky sáčků, blistrové obaly a uzávěry, které musí zůstat nepropustné.
• Spotřební produkty: panely přístrojů, hračky, elektronické skříně a baterie.
• Netkané textilie a jednorázové: lepení vrstev v maskách a hygienických produktech, kde stejná vibrace spojuje vlákna místo výlisků.

Odstraňování problémů se slabými svary, záblesky a označenými díly

Většina problémů na lince má několik příčin. Toto je užší seznam, kterým se zabýváme jako první.

Malé návyky, které udržují svařovací proces zdravý

Po několika stovkách instalací jsou rutiny, na kterých záleží, neokoukané. Udržujte povrchy spojů čisté a suché a hygroskopické pryskyřice řádně skladujte. Zkontrolujte kroutící moment houkačky na začátku každé směny, protože uvolněný svazek mění frekvenci a tiše ničí svary. S přípravkem zacházejte spíše jako se součástí stroje než jako s příslušenstvím. Zaznamenejte energii a vzdálenost kolapsu dobré části a poté použijte tento záznam jako referenční, když se něco unáší. A když se spoj ukáže jako obtížný, podívejte se na geometrii, než sáhnete po větším výkonu – většinou se odpověď nachází v návrhu součásti, nikoli v ovladači.

Pokud byste si chtěli promluvit o konkrétní části, tým na Strojní zařízení Changzhou Aoheng již roky buduje zařízení pro ultrazvukové svařování, řezání a utěsňování pro výrobce textilu, netkaných textilií, zdravotnických prostředků a plastů a vždy se rádi podíváme na výkres nebo vzorek a upřímně řekneme, zda je ultrazvukové svařování tou správnou odpovědí.