Zarządzanie procesem produkcyjnym, zarządzanie produkcją
Narzedziownie.pl - portal dla firm produkujących formy wtryskowe, tłoczniki, wykrojniki i inne narzędzia

Drukuj | Prześlij link znajomemu | Wyszukaj w serwisie

Technologie ultradźwiękowe w łączeniu i obróbce tworzyw sztucznych

Wprowadzenie

Z tworzywami sztucznymi spotykamy się dziś na każdym kroku. Stosowane są w urządzeniach gospodarstwa domowego, elektronice, motoryzacji, przemyśle tekstylnym, rolnictwie, medycynie, opakowaniach i wielu innych przejawach działalności człowieka. Właściwie nie ma dziedziny życia, w której w jakiejś postaci nie byłyby stosowane. Tworzywa sztuczne to jedyne materiały wymyślone przez człowieka, wcześniej w przyrodzie nie występowały. Powszechność stosowania tworzyw sztucznych wymusiła rozwój technologii i urządzeń do ich obróbki.

Łączenie i cięcie tworzyw sztucznych

W obróbce elementów z tworzyw sztucznych występuje konieczność ich łączenia i cięcia. Wykonać te operacje można różnymi sposobami. Do dyspozycji mamy:
  • połączenia mechaniczne (na wkręty lub śruby),
  • łączenie na zaczepy (zatrzaski),
  • łączenie przez rozpuszczanie,
  • klejenie,
  • połączenia termiczne,
  • spawanie i cięcie gorącym powietrzem,
  • spawanie z zastosowaniem wysokich częstotliwości,
  • łączenie przez zacieranie (siłami tarcia),
  • zgrzewanie elektromagnetyczne,
  • zgrzewanie wibracyjne,
  • spawanie laserowe,
  • zgrzewanie ultradźwiękowe.

Technologie ultradźwiękowe obejmują:

  • zgrzewanie ciągłe i punktowe,
  • osadzanie i zakleszczanie,
  • spęczanie,
  • formowanie,
  • uszczelnianie,
  • cięcie (wycinanie).

Urządzenia i technologie ultradźwiękowe w zastosowaniu do tworzyw sztucznych

Minimum historii
Historia techniki ultradźwiękowej rozpoczęła się od 1848 r., w którym J. P. Joule zauważył zjawisko magnetostrykcji w metalach ferromagnetycznych (odkształcenie mechaniczne pod wpływem pola magnetycznego). W 1880 r. P. Curie spostrzegł, że na powierzchni niektórych kryształów pod wpływem ściśnięcia powstają ładunki elektryczne i nazwał to zjawisko piezoelektrycznością. Praktyczne zastosowanie tych zjawisk stało się możliwe po wynalezieniu lampy elektronowej, gdy można było generować i wzmacniać prądy wysokiej częstotliwości. Żywiołowy rozwój różnorakich technik ultradźwiękowych rozpoczął się w czasie I wojny światowej i trwa do dziś.

Minimum teorii
Ujmując w największym skrócie, ultradźwięki powstają poprzez zamianę energii elektrycznej na mechaniczną za pomocą przetwornika piezoceramicznego. Drgania powodują powstanie dźwięku. Jest on formą energii mechanicznej, rozchodzi się jako fala podłużna, a do rozprzestrzeniania się potrzebuje ośrodka materialnego. Z dźwiękiem (energią akustyczną) mamy kontakt na co dzień zwłaszcza gdy sami mówimy (jesteśmy biologicznym generatorem dźwięku) lub gdy kogoś słuchamy (jesteśmy biologicznym odbiornikiem dźwięku). Przeciętnie człowiek słyszy dźwięki podstawowe w paśmie od 16 Hz do 16 kHz. Częstotliwości poniżej 16 Hz nazywamy infradźwiękami, a powyżej 16 kHz – ultradźwiękami. W praktyce technicznej dzieje się to następująco: Generator przetwarza prąd z sieci elektrycznej 230V i częstotliwości 50 Hz na prąd o napięciu 800|1500 V i częstotliwości np. 20 kHz. Doprowadzony do przetwornika piezoceramicznego powoduje jego drgania. Drgania odbierane są przez element metalowy zblokowany ze pakietem ceramicznym i poprzez falowód przekazywane do narzędzia, które jest elementem roboczym układu.



Budowa zgrzewarek ultradźwiękowych
Zgrzewarki ultradźwiękowe buduje się z reguły na indywidualne zamówienie dopasowane do potrzeb odbiorcy. Najbardziej typowa konstrukcja jest następująca: Układ jest zasilany z generatora umieszczonego w oddzielnej obudowie. Znajdują się w niej także układy sprzężenia zwrotnego, sterowania, regulacji i zabezpieczające. Urządzenie zbudowane jest na bazie solidnej podstawy, do której mocowane są statyw podtrzymujący i prowadzący układ ultradźwiękowy oraz kowadło (przeciw opór), do którego dociskane są spajane elementy. Układ ultradźwiękowy najczęściej jest poruszany siłownikiem pneumatycznym, który zapewnia także odpowiedni docisk narzędzia do obrabianych przedmiotów. Średnica tłoka jest dobrana do siły jaka jest niezbędna do spajania elementów. Najczęściej średnica tłoka wynosi 50 | 75 mm, a skok 50 | 100 mm. Urządzenie wymaga więc zasilania sprężonym powietrzem o regulowanym ciśnieniu w przedziale 3|6 bar. Kilka rozwiązań zgrzewarek ultradźwiękowych do różnych zastosowań przedstawiono dalej.







Do lżejszych prac, tam gdzie wystarczy nacisk ręczny stosuje się ręczne zgrzewarki "pistoletowe". Na rysunku 6 przedstawiono stanowisko do osadzania elementów plastikowych w tapicerce samochodowej.

Zastosowanie urządzeń ultradźwiękowych.

Tworzywa sztuczne występują obecnie w każdym przejawie ludzkiej działalności, więc zgrzewarki ultradźwiękowe znajdują zastosowanie w różnych rodzajach przemysłów i do różnych wyrobów. Poniżej przedstawiono tylko kilka przykładów.
Zgrzewanie i wycinanie kształtów z wielowarstwowych tkanin syntetycznych na wkładki do masek przeciwpyłowych oraz mocowanie do niej nosowego zacisku uszczelniającego.



Zgrzewanie trójkąta ostrzegawczego i osadzanie śruby do jego mocowania.

Zgrzewanie połówek filtra paliwa z jednoczesnym zamocowaniem sitka.

Mocowanie ucha do kubeczka reklamowego.

Podstawowe informacje o tworzywach sztucznych.

Występuje ogromna różnorodność tworzyw sztucznych o różnych właściwościach. Nie wszystkie z nich można obrabiać ultradźwiękowo i nie wszystkie łączyć ze sobą. Ze względu na mechanizm powstawania połączenia do obróbki ultradźwiękowej nadają się tylko tworzywa termoplastyczne. Powód jest prosty można je uplastycznić (upłynnić) przez rozgrzanie, a po ostygnięciu utrwalić kształt. Tworzywa termoplastyczne mogą być amorficzne (ze strukturą bezpostaciową) i semi-krystaliczne (ze strukturą częściowo uporządkowaną).

Tworzywa amorficzne mają szeroki przedział temperatur, w którym przechodzą od postaci stałej do uplastycznionej, przez półpłynną do płynnej. Przy oziębianiu zachowują się odwrotnie. Dobrze przewodzą energię ultradźwiękową. Tworzywa semi-krystaliczne mają wąski przedział temperatur, w którym przechodzą ze stanu stałego do płynnego i odwrotnie. Znacznie gorzej przewodzą energię ultradźwiękową oraz potrzeba jej więcej do ich zmiękczenia (upłynnienia), przez co są tworzywami trudniej obrabialnymi ultradźwiękowo. Więź molekularna może być nawiązana pomiędzy dwoma tworzywami, gdy są zgodne chemicznie. Dobrze jest, gdy i ich cechy fizyczne też są zbliżone, głównie chodzi o to by ich temperatury upłynniania nie leżały dalej od siebie niż 15 stopni C. Ogólnie mówiąc najlepsze wyniki zgrzewania uzyskuje się, gdy łączone materiały są polimerami amorficznymi o dużym podobieństwie. W innych przypadkach proces ten bywa możliwy, ale jest trudniejszy.

W tablicach poniżej zestawiono kompatybilność niektórych tworzyw oraz ich podatność na różne rodzaje obróbki ultradźwiękowej.





Podatność tworzyw sztucznych na obróbkę ultradźwiękową.





Do tworzyw dodawane są różnego rodzaju dodatki, które też mają wpływ na obrabialność tworzyw sztucznych ultradźwiękami.

Wypełniacze - zwiększają zdolność do przewodzenia energii ultradźwiękowej, co jest szczególnie dobre dla tworzyw semi-krystalicznych. Zawartość wypełniacza do 10|20% ma wpływ pozytywny, ale już powyżej 30% destruktywny. Wiąże się to z tym, że ultradźwiękom poddaje się tylko tworzywo, a wypełniacze nie. W dużej ilości mogą pogarszać wytrzymałość spoiny i jej jednorodność.

Higroskopijność – wilgoć wchłonięta przez plastik wrze w procesie zgrzewania, co powoduje niejednorodne warunki łączenia, pogarsza wytrzymałość spoiny i estetykę połączenia. Dobrą praktyką jest przechowywanie higroskopijnych elementów w szczelnych opakowaniach, a jeżeli to niemożliwe to suszyć je przed zgrzewaniem.

Dodatki przeciwpalne – mają skłonność do obniżania wytrzymałości spoiny, w przypadkach gdy są stosowane warto zwiększyć powierzchnię spoiny.

Smary i środki powierzchniowo czynne – substancje te są wykorzystywane w procesie formowania wtryskowego. Pogarszają one warunki zgrzewania i trwałość spoiny. Jeżeli występują w nadmiarze należy je przed zgrzewaniem usunąć.

Plastyfikatory – szczególnie metaliczne mają tendencję do migrowania w spoinę, co ją osłabia z biegiem czasu.

Przemiał – jego wpływ jest zależny od jego jakości. Nie należy dodawać nieznanego przemiału. Statystycznie przyjmuje się, że do 15% dodatku przemiału nie pogarsza on warunków obróbki ultradźwiękowej.



SonicTech
ul. Parafialna 21
52-233 Wrocław
tel. 601 213 409
fax: (22) 201 34 16
www.sonictech.pl
info@sonictech.pl




Liczba wyświetleń tego artykułu: 24708

Artykuł pochodzi ze strony: www.Narzedziownie.pl
© 2005 - Galactica Sp.j.