Ultralydssvejsning af plastik: Sådan fungerer det, materialer og samlingsdesign

Plastdele efterlader sjældent støbemaskinen klar til brug. Et hus skal lukkes, en filterramme fastgøres, et stik skal forsegles, så det ikke lækker. Ultralydssvejsning af plast udfører disse opgaver ved at omdanne højfrekvente vibrationer til varme, præcis der hvor to dele mødes: plastikken blødgøres, smelter og størkner igen på en brøkdel af et sekund, uden klæbemiddel at blande, uden opløsningsmiddel at ventilere og ingen skrueindsats at støbe ind.

Vi bygger dette udstyr og bruger rigtig meget tid på kundernes butiksgulve, hvor de samme spørgsmål dukker op igen og igen. Hvilket plast kan egentlig svejses? Hvordan skal samlingen formes? Hvad styrer tallene på controlleren egentlig? Afsnittene nedenfor følger processen fra den grundlæggende fysik over materialevalg og fælles design til indstillingerne på operatørpanelet.

Sådan fungerer ultralydssvejsning af plastik

En ultralydsmaskine er en kæde af energiomdannelser. Strømforsyningen går ind i den ene ende, og en kontrolleret smeltning vises ved samlingen i den anden.

1. Generatoren konverterer netstrøm til et højfrekvent elektrisk signal, normalt ved 20 kHz, med 15 kHz fælles for store dele og 30 til 35 kHz for små.
2. En transducer omdanner dette signal til mekanisk vibration af samme frekvens, med bevægelse målt i mikrometer.
3. En booster og et horn forstærker vibrationen og presser den ind i den øverste del. Hornet er den eneste komponent, der rører plastikken, og dets ansigt er formet, så det passer til leddet under det.
4. En pneumatisk eller servopresse klemmer de to dele sammen med en kontrolleret kraft.
5. Friktion og intermolekylære bevægelser ved kontaktområdet hæver temperaturen, indtil plastikken smelter, normalt inden for et par tiendedele af en millimeter fra grænsefladen.
6. Vibrationen stopper, trykket holdes kortvarigt, og smelten størkner til en binding, der ofte er stærkere end materialet omkring den.

Der er to måder at anvende det på. Ved dyksvejsning falder hornet ned på en stationær del og svejser en plet, et ribbemønster eller en hel samling i én cyklus. Ved kontinuerlig svejsning bevæger hornet sig langs delen og tætner lange sømme og brede paneler uden et værktøj på størrelse med produktet.

Hvad processen giver dig, og hvor den stopper

Fordelene er nemme at nævne:

• Varme genereres inde i fugen snarere end påføres udefra, så synlige overflader forbliver rene, og dekorerede områder bliver sjældent beskadiget.
• Cykler er korte, ofte under et sekund, hvilket passer til automatiseret montage og højvolumenstøbning.
• Ingen forbrugsstoffer: ingen klæbemiddel, opløsningsmiddel, tape eller fastgørelseselementer og ingen hærdetid.
• Procesdata såsom svejseenergi, svejsetid og kollapsafstand kan registreres del for del.
• Bindinger kan være lufttætte og vandtætte, hvilket betyder noget for filtre, medicinsk udstyr og væsketilslutninger.

Grænserne er lige så klare. Termohærdende plast, de fleste elastomerer og skum svejser ikke nyttigt; de forkuller eller absorberer vibrationer uden at smelte. Delen skal give hornet et sted at sidde og en fri vej, så vibrationer kan nå samlingen. Meget tykke vægge er vanskelige, og lange flade komponenter kan have brug for flere horn eller en scanningsbevægelse. Armaturer og et korrekt indstillet horn er en del af processen, ikke ekstraudstyr.

Hvilket plastik faktisk svejser godt

Den største faktor er, hvordan polymeren opfører sig, når vibration passerer gennem den. Amorf plast som ABS, polystyren, polycarbonat, PMMA og PVC transmitterer ultralydsenergi effektivt. De blødgøres gradvist over et temperaturområde, svejser ved moderat amplitude og kan ofte forbindes langt fra hornet - samlingen kan sidde 10 mm eller mere under kontaktpunktet.

Halvkrystallinsk plast, herunder PP, PE, PA, POM, PET og PBT, opfører sig anderledes. Deres skarpe smeltepunkt og krystallinske struktur absorberer vibrationer, så de har brug for højere amplitude, mere kraft og et led tæt på hornet, normalt inden for omkring 6 mm. Når en stærk eller hermetisk tætning er påkrævet, har de generelt brug for en forskydningsforbindelse snarere end en simpel energidirektør. Det ser vi nærmere på i vores notat vedr hvilke materialer ultralydssvejsning passer til, og hvor de praktiske grænser ligger .

Tre andre detaljer afgør succes oftere end harpiksdatabladet antyder. Hygroskopiske kvaliteter som PA og PC bør tørres før svejsning. Fyldstoffer og farvestoffer ændrer stivhed og energitransmission, så 30 % glasfyldt nylon opfører sig helt anderledes end den ufyldte kvalitet. Endelig kan fedt, formslipmiddel eller silikoneforurening på fugeoverfladen stoppe en svejsning helt. To forskellige plasttyper kan kun svejses, når deres smelteområder overlapper hinanden, og parret er kemisk kompatible; ellers har designet brug for en mekanisk interlock i stedet for.

Leddesign: Energidirektører, forskydningsled og værktøj

Ultralydssvejsning er uforsonligt med geometri. Fugen skal koncentrere energien til et lille indledende kontaktområde, så smeltningen starter forudsigeligt. Det er energidirektørens opgave: en støbt trekantet ryg, typisk 0,2 til 0,5 mm høj i amorf plast og 0,5 til 0,8 mm i semi-krystallinske, med en topvinkel på omkring 60 til 90 grader. Det smelter først, flyder hen over leddet og danner bindingen. Hvor dele skal justere sig selv, eller hvor materialet er semi-krystallinsk, tjener en trin-, fer-og-not- eller forskydningsforbindelse normalt bedre.

Over samlingen sidder værktøjet. Et horn, der er for lille, koncentrerer stress og markerer delen; en, der er for stor, giver muligvis ikke samme genklang. Fiksturer skal holde den nederste del stift, fordi energi, der bevæger armaturet, er energi tabt fra svejsningen. Specialværktøj er den del af processen, vi diskuterer mest med kunderne, og det forklarer en stor del af genstridige produktionsproblemer.

Brugerdefinerede ultralydsstøbeforme til svejsning, skæring og tætning Til brugerdefinerede værktøjsbehov, hvor horn og armaturpasning påvirker gentagelig ultralydsbehandling, tilbyder dette produkt tilpasningsdygtige højpræcisionsforme. Se produkt →

Indstilling af procesvinduet

Når delen og samlingen er rigtige, afgør maskinindstillingerne, om processen gentager sig skift efter skift. De vigtigste variabler er:

• Amplitude, indstillet af horn- og boosterkombinationen; semi-krystallinsk plast har brug for mere af det, sarte dele mindre.
• Svejsekraft: for lidt giver dårlig kontakt og overflademarkering, for mange klemmer smelter ud af samlingen før den sætter sig.
• Triggerkraft, som bestemmer, hvornår ultralydssignalet starter, efter hornet rører delen.
• Nedadgående hastighed, som styrer påvirkningen af ​​delen og hvor gentageligt hornet møder leddet.
• Svejsetid, energi eller afstand - de tre almindelige måder at stoppe cyklussen på. Afstandstilstand er det mest direkte mål for, hvor langt delene er kollapset ind i hinanden.
• Holdtid, som holder delene fastspændt, mens smelten størkner.

Skift én variabel ad gangen, og optag et vindue i stedet for en enkelt gylden indstilling. En proces, der fungerer på præcis et svejsetidspunkt, er ikke under kontrol; en, der producerer gode dele på tværs af et lille bånd af energiværdier normalt er.

Valg af maskine: bænkeenheder, håndholdte enheder og mellemgrunden

Til volumenproduktion er det sædvanlige svar en bænkmaskine med en stiv søjle, en pneumatisk eller servopresse og en velafstemt stak. Frekvens har betydning: 15 kHz enheder leverer mere amplitude til større eller semi-krystallinske dele, 20 kHz er den generelle arbejdshest, og 30 til 35 kHz maskiner passer til små, sarte komponenter, hvor mærkning eller oversvejsning er et reelt problem.

AH-DSL 15KHz 4200W Ultrasonisk plastsvejsemaskine Til volumenproduktion tilbyder denne 15 kHz ultralydsmaskine justerbart formniveau, digital frekvenssporing og en rundsøjlet rack til plastsvejsning og -indstøbning. Se produkt →

Ikke alle job fortjener en produktionscelle. Til prototyper, reparationsarbejde, montering i lavt volumen eller dele, der ikke kan bæres til en bænk, udfører en håndholdt svejser det samme job i operatørens hånd. Punktsvejseenheder sidder imellem: de rækker ind i en stor støbning for at svejse en knast, en klips eller en lokal ribbe uden et horn i fuld størrelse.

AH-30 Sonic håndholdt ultralydspunktsvejser Til prototyping, reparation eller montering i lavt volumen tilbyder denne kompakte håndholdte punktsvejser 28/35 kHz drift og rene svejsninger uden fyldmateriale. Se produkt →

Hvor disse led optræder hver dag

• Automotive: interiør, lampehuse, sensorer og væskebeholdere.
• Medicin og laboratorie: filterhuse, IV-komponenter, masker og steril emballage.
• Emballage: posetude, blisterpakninger og lukninger, der skal forblive tætte.
• Forbrugerprodukter: apparatpaneler, legetøj, elektroniske kabinetter og batteripakker.
• Nonwovens og engangsartikler: limning af lag i masker og hygiejneprodukter, hvor den samme vibration forbinder fibre i stedet for lister.

Fejlfinding af svage svejsninger, flash og markerede dele

De fleste problemer på linjen kommer ned til en håndfuld årsager. Dette er den shortlist, vi arbejder igennem først.

Små vaner, der holder en svejseproces sund

Efter et par hundrede installationer er de rutiner, der betyder noget, uglamorøse. Hold fugeoverflader rene og tørre, og opbevar hygroskopiske harpikser korrekt. Tjek hornets drejningsmoment ved starten af ​​hvert skift, fordi en løs stak ændrer frekvens og stille og roligt ødelægger svejsninger. Behandl armaturet som en del af maskinen i stedet for som tilbehør. Log energi- og kollapsafstanden for en god del, og brug derefter denne post som reference, når noget driver. Og når et led viser sig at være vanskeligt, skal du se på geometrien, før du rækker ud efter mere kraft - det meste af tiden ligger svaret i delens design, ikke i controlleren.

Hvis du gerne vil tale en bestemt del igennem, kan teamet kl Changzhou Aoheng Maskiner har bygget ultralydssvejse-, skære- og tætningsudstyr til tekstil-, nonwoven-, medicin- og plastproducenter i årevis, og vi er altid glade for at se på en tegning eller en prøve og ærligt sige, om ultralydssvejsning er det rigtige svar.