Kimpalan ultrasonik

Kimpalan ultrasonik menggunakan getaran akustik ultrasonik frekuensi tinggi yang digunakan pada bahagian bercantum yang dipasang bersama di bawah tekanan rendah. Kaedah kimpalan ini paling kerap digunakan untuk menyertai termoplastik dan apabila bolting, pematerian atau gam tidak sesuai.

Walaupun kimpalan ultrasonik telah dibangunkan seawal tahun 1940-an, ia mula digunakan secara industri pada awal 1960-an untuk mengimpal wayar halus dalam industri elektronik. Pada tahun 1963, kimpalan ultrasonik mula digunakan untuk mengikat polietilena. Sejak itu, kimpalan ultrasonik telah digunakan untuk mengimpal aluminium dan kepingan logam nipis dalam industri automotif (modul pencucuhan, wayar terminal, wayar).

Proses perlahan untuk mengenali kelebihan kimpalan ultrasonik dalam industri adalah disebabkan oleh kekurangan peralatan ultrasonik berkuasa yang boleh menjamin kualiti kimpalan yang konsisten walaupun untuk bahagian yang besar.Hasilnya, penyelidikan pada tahun 1980-an dan 1990-an tertumpu terutamanya pada pembangunan peralatan ultrasound.

Walaupun kimpalan ultrasonik menggunakan getaran, kaedah ini berbeza daripada "kimpalan getaran", juga dikenali sebagai kimpalan geseran. Dalam kes kimpalan getaran, salah satu bahagian yang hendak dicantumkan dipegang pada tempatnya dan satu lagi berayun (oleh pemacu elektromagnet atau hidraulik).

Kimpalan ultrasonik memegang kedua-dua bahagian pada tempatnya dan menggunakan gelombang bunyi frekuensi tinggi untuk mencipta geseran. Tenaga akustik mencipta geseran dan menghasilkan haba yang mengakibatkan bahagian dikimpal dalam masa kurang dari satu saat, menjadikan kimpalan ultrasonik salah satu yang terpantas digunakan hari ini.

Proses kimpalan ultrasonik adalah automatik sepenuhnya dan dijalankan pada pemasangan khas. Prinsip kimpalan ultrasonik ditunjukkan dalam rajah. 1, dan komposisi pemasangan biasa ditunjukkan dalam rajah. 2.

nasi. 1. Prinsip kimpalan ultrasonik: a — penjajaran bahagian, b — sentuhan bahagian dengan hujung, c — penggunaan tekanan, d — kimpalan, e — pegangan, f — mengangkat hujung

nasi. 2. Gambar rajah pemasangan untuk kimpalan sonik

Penjana (dalam unit berasingan) digunakan untuk menukar getaran elektrik dari rangkaian ke frekuensi tinggi (20 ... 60 kHz), transduser, menggunakan elemen piezoelektrik, menukar getaran elektrik kepada akustik. Penguat dan sonotrod adalah elemen resonan pasif pemasangan yang berfungsi untuk memindahkan getaran daripada transduser ke bahagian.

Biasanya, mesin kimpalan ultrasonik dilengkapi dengan satu set penguat dengan nisbah transformasi anjakan yang berbeza.Bentuk sonotrode ditentukan oleh konfigurasi kimpalan yang diperlukan. Jejari membujur, tepi dan ayunan gelombang lain dicipta bergantung pada bentuk sonotrod. Setiap jahitan memerlukan sonotrode sendiri.

Intipati fizikal proses terdiri daripada rupa getaran yang sangat kuat amplitud kecil pada sentuhan dua bahagian. Getaran digabungkan dengan tekanan menghilangkan kekotoran dan oksida dari permukaan bahagian. Elektron mula mengalir di antara bahagian, membentuk jahitan metalurgi.

Kimpalan ultrasonik sesuai untuk membuat sambungan elektrik, mengimpal aluminium dan tembaga, menyegel hujung paip tembaga, plastik kimpalan, memasukkan bahagian logam dalam plastik.

nasi. 3. Sendi yang dibuat oleh kimpalan ultrasonik

Kimpalan ultrasonik plastik membolehkan sambungan yang lebih dipercayai daripada kaedah lain. Dalam kes ini, kimpalan ultrasonik plastik pada asasnya berbeza daripada logam kimpalan.

Pertama, kimpalan ultrasonik logam berlaku dengan cara getaran melintang selari dengan permukaan yang dikimpal. Kimpalan ultrasonik plastik menggunakan getaran membujur yang normal (iaitu pada sudut tepat) ke permukaan yang dikimpal. Bentuk sonotrodes, yang menghantar getaran ultrasonik ke jahitan logam dan plastik, juga berbeza sama sekali.

Kedua, apabila mengimpal logam, jahitan dicipta oleh interaksi geseran permukaan, yang mewujudkan sambungan tegar tanpa mencairkan bahan.Kimpalan ultrasonik bahagian plastik adalah berdasarkan pencairan bahan dengan cara yang sama seperti kaedah kimpalan tradisional lain, seperti kimpalan arka, rintangan atau kimpalan laser), tetapi dalam julat suhu yang jauh lebih rendah.

nasi. 4. Peralatan kimpalan ultrasonik

Kelebihan kimpalan ultrasonik:

1. Tiada pembersihan permukaan khas diperlukan.

2. Tiada suasana perlindungan diperlukan.

3. Tiada bahan habis kimpalan (wayar, elektrod, pateri, dll.) diperlukan.

4. Penggunaan kuasa yang rendah.

5. Masa penyambungan yang singkat untuk membentuk sendi (kira-kira suku saat).

6. Automasi penuh proses kimpalan dan kemungkinan penyepaduan mudah dengan proses pengeluaran lain.

7. Kemungkinan bahan kimpalan yang berbeza sifat, termasuk yang sensitif kepada suhu tinggi, kerana sejumlah kecil haba dijana semasa kimpalan.

8. Kimpalan semua jenis butiran.

9. Kimpalan yang dihasilkan oleh proses ini menyenangkan secara visual, kemas.

10. Kimpalan ultrasonik tidak menggunakan bahan kimia yang menghakis dan menghasilkan sejumlah kecil asap, tidak seperti kaedah lain.

Had kimpalan ultrasonik:

1. Had yang paling serius dalam penggunaan kimpalan ultrasonik ialah saiz bahagian yang dikimpal — tidak lebih daripada 250 mm. Ini disebabkan oleh had dalam kuasa keluaran transduser, ketidakupayaan sonotrod untuk menghantar gelombang ultrasound kuasa yang sangat tinggi, dan kesukaran dalam mengawal amplitud.

2. Kimpalan ultrasonik juga memerlukan kandungan lembapan yang lebih rendah dalam bahan yang dicantumkan.Jika tidak, kimpalan getaran lebih disukai.

3. Kimpalan ultrasonik tidak berkesan untuk menyambung bahan berdinding tebal. Sekurang-kurangnya satu daripada bahagian yang hendak disambungkan mestilah ringan, kerana ia «menyerap» sejumlah besar tenaga.