Ultralydsveising av plast: Hvordan det fungerer, materialer og skjøtdesign

Plastdeler forlater sjelden støpemaskinen klar til bruk. Et hus må lukkes, en filterramme festes, en kobling forsegles slik at den ikke lekker. Ultralydsveising av plast gjør disse jobbene ved å omdanne høyfrekvent vibrasjon til varme nøyaktig der to deler møtes: plasten mykner, smelter og stivner på nytt på en brøkdel av et sekund, uten lim å blande, uten løsemiddel å ventilere og ingen skrueinnsats å støpe inn.

Vi bygger dette utstyret og bruker mye tid på kundenes butikkgulv, hvor de samme spørsmålene dukker opp igjen og igjen. Hvilken plast kan egentlig sveises? Hvordan skal fugen formes? Hva styrer egentlig tallene på kontrolleren? Avsnittene nedenfor følger prosessen fra grunnleggende fysikk gjennom materialvalg og felles design til innstillingene på operatørpanelet.

Hvordan ultralydsveising av plast fungerer

En ultralydmaskin er en kjede av energikonverteringer. Nettstrøm går inn i den ene enden og en kontrollert smelte oppstår i skjøten i den andre.

1. Generatoren konverterer nettstrøm til et høyfrekvent elektrisk signal, vanligvis ved 20 kHz, med 15 kHz felles for store deler og 30 til 35 kHz for små.
2. En transduser gjør det signalet om til mekanisk vibrasjon med samme frekvens, med bevegelse målt i mikrometer.
3. En booster og et horn forsterker vibrasjonen og presser den inn i den øvre delen. Hornet er den eneste komponenten som berører plasten, og ansiktet er formet for å matche leddet under det.
4. En pneumatisk eller servopresse klemmer de to delene sammen med en kontrollert kraft.
5. Friksjon og intermolekylær bevegelse ved kontaktområdet øker temperaturen til plasten smelter, normalt innen noen få tideler av en millimeter fra grensesnittet.
6. Vibrasjonen stopper, trykket holdes kort, og smelten stivner til en binding som ofte er sterkere enn materialet rundt den.

Det er to måter å bruke det på. Ved dykksveising går hornet ned på en stasjonær del og sveiser en punkt, et ribbemønster eller en hel skjøt i en syklus. Ved kontinuerlig sveising beveger hornet seg langs delen, og tetter lange sømmer og brede paneler uten et verktøy på størrelse med produktet.

Hva prosessen gir deg, og hvor den stopper

Fordelene er enkle å liste opp:

• Varme genereres inne i fugen i stedet for påført fra utsiden, så synlige overflater forblir rene og dekorerte områder blir sjelden skadet.
• Syklusene er korte, ofte under ett sekund, noe som passer til automatisert montering og støping med høyt volum.
• Ingen forbruksvarer: ingen lim, løsemiddel, tape eller festemidler, og ingen herdetid.
• Prosessdata som sveiseenergi, sveisetid og kollapsavstand kan registreres del for del.
• Bindinger kan være luft- og vanntette, noe som betyr noe for filtre, medisinsk utstyr og væskekoblinger.

Grensene er like klare. Termohærdende plast, de fleste elastomerer og skum sveiser ikke nyttig; de forkuller eller absorberer vibrasjoner uten å smelte. Delen må gi hornet et sted å sitte og en fri bane for vibrasjon for å nå skjøten. Svært tykke vegger er vanskelige, og lange flate komponenter kan trenge flere horn eller en skannebevegelse. Armaturer og et riktig innstilt horn er en del av prosessen, ikke ekstrautstyr.

Hvilken plast som faktisk sveiser godt

Den største faktoren er hvordan polymeren oppfører seg når vibrasjon passerer gjennom den. Amorf plast som ABS, polystyren, polykarbonat, PMMA og PVC overfører ultralydenergi effektivt. De mykner gradvis over et temperaturområde, sveiser med moderat amplitude og kan ofte skjøtes langt fra hornet - skjøten kan sitte 10 mm eller mer under kontaktpunktet.

Halvkrystallinsk plast, inkludert PP, PE, PA, POM, PET og PBT, oppfører seg annerledes. Deres skarpe smeltepunkt og krystallinske struktur absorberer vibrasjoner, så de trenger høyere amplitude, mer kraft og en skjøt nær hornet, vanligvis innenfor ca. 6 mm. Når det kreves en sterk eller hermetisk forsegling, trenger de vanligvis en skjærforbindelse i stedet for en enkel energileder. Vi ser nærmere på dette i notatet vårt hvilke materialer ultralydsveising passer og hvor de praktiske grensene går .

Tre andre detaljer avgjør suksess oftere enn harpiksdataarket antyder. Hygroskopiske kvaliteter som PA og PC bør tørkes før sveising. Fyllstoffer og fargestoffer endrer stivhet og energioverføring, så 30 % glassfylt nylon oppfører seg ganske annerledes enn den ufylte kvaliteten. Til slutt kan fett, muggslippmiddel eller silikonforurensning på fugeoverflaten stoppe en sveis fullstendig. To forskjellige plaster kan sveises bare når deres smelteområder overlapper hverandre og paret er kjemisk kompatible; ellers trenger designet en mekanisk forrigling i stedet.

Joint Design: Energy Directors, Shear Joints and Tooling

Ultralydsveising er uforsonlig når det gjelder geometri. Skjøten må konsentrere energien til et lite første kontaktområde slik at smeltingen starter forutsigbart. Det er jobben til energidirektøren: en støpt trekantet rygg, typisk 0,2 til 0,5 mm høy i amorf plast og 0,5 til 0,8 mm i semi-krystallinske, med en spissvinkel på omtrent 60 til 90 grader. Det smelter først, flyter over skjøten og danner bindingen. Der deler må justere seg selv, eller hvor materialet er halvkrystallinsk, tjener en trinn-, not- og fjær- eller skjærskjøt vanligvis bedre.

Over skjøten sitter verktøyet. Et horn som er for lite konsentrerer stress og markerer delen; en som er for stor, kan ikke resonere jevnt. Fiksturer må holde den nedre delen stivt, fordi energi som beveger fiksturen er energi tapt fra sveisen. Tilpasset verktøy er den delen av prosessen vi diskuterer mest med kundene, og det forklarer en stor andel av gjenstridige produksjonsproblemer.

Spesialtilpassede ultralydformer for sveising, skjæring og forsegling For tilpassede verktøybehov der horn og festepasning påvirker repeterbar ultralydbehandling, tilbyr dette produktet tilpasningsdyktige, høypresisjonsformer. Se produkt →

Stille inn prosessvinduet

Når delen og skjøten er riktig, bestemmer maskininnstillingene om prosessen gjentar seg skift etter skift. Hovedvariablene er:

• Amplitude, satt av horn- og boosterkombinasjonen; semi-krystallinsk plast trenger mer av det, sarte deler mindre.
• Sveisekraft: for lite gir dårlig kontakt og overflatemerking, for mye klemmer smelter ut av skjøten før den stivner.
• Triggerkraft, som bestemmer når ultralydsignalet starter etter at hornet berører delen.
• Nedhastighet, som kontrollerer støtet på delen og hvor repeterbart hornet møter leddet.
• Sveisetid, energi eller avstand - de tre vanlige måtene å stoppe syklusen på. Avstandsmodus er det mest direkte målet på hvor langt delene har kollapset inn i hverandre.
• Holdetid, som holder delene fastklemt mens smelten størkner.

Endre én variabel om gangen, og ta opp et vindu i stedet for en enkelt gylden innstilling. En prosess som fungerer på nøyaktig ett sveisetidspunkt er ikke under kontroll; en som produserer gode deler over et lite bånd av energiverdier vanligvis er.

Velge maskin: Benkenheter, håndholdte enheter og mellombakken

For volumproduksjon er det vanlige svaret en benkmaskin med en stiv søyle, en pneumatisk eller servopresse og en godt avstemt stabel. Frekvens har betydning: 15 kHz-enheter gir mer amplitude for større eller semi-krystallinske deler, 20 kHz er den generelle arbeidshesten, og 30 til 35 kHz-maskiner passer til små, delikate komponenter der merking eller oversveising er et reelt problem.

AH-DSL 15KHz 4200W Ultrasonisk plastsveisemaskin For volumproduksjon tilbyr denne 15 kHz ultralydmaskinen justerbart formnivå, digital frekvenssporing og en rundsøylet rack for plastsveising og -innstøping. Se produkt →

Ikke alle jobber fortjener en produksjonscelle. For prototyper, reparasjonsarbeid, lavvolummontering eller deler som ikke kan bæres til en benk, gjør en håndholdt sveiser den samme jobben i operatørens hånd. Punktsveiseenheter sitter i mellom: de strekker seg inn i en stor list for å sveise en boss, en klips eller en lokal ribbe uten et horn i full størrelse.

AH-30 Sonic håndholdt ultrasonisk punktsveiser For prototyping, reparasjon eller montering med lavt volum tilbyr denne kompakte håndholdte punktsveiseren 28/35 kHz drift og rene sveiser uten fyllmateriale. Se produkt →

Hvor disse leddene vises hver dag

• Bil: interiør, lampehus, sensorer og væskereservoarer.
• Medisinsk og laboratorie: filterhus, IV-komponenter, masker og steril emballasje.
• Emballasje: posetuter, blisterpakninger og lukkinger som må holde seg lekkasjesikre.
• Forbrukerprodukter: apparatpaneler, leker, elektroniske kabinetter og batteripakker.
• Nonwovens og engangsvarer: liming av lag i masker og hygieneprodukter, der samme vibrasjon føyer sammen fibre i stedet for listverk.

Feilsøking av svake sveiser, blink og merkede deler

De fleste problemene på linjen kommer ned til en håndfull årsaker. Dette er shortlisten vi jobber gjennom først.

Små vaner som holder en sveiseprosess sunn

Etter noen hundre installasjoner er rutinene som betyr noe uglamorøse. Hold fugeflater rene og tørre, og oppbevar hygroskopiske harpikser riktig. Sjekk hornmomentet ved starten av hvert skift, fordi en løs stabel endrer frekvens og ødelegger sveiser stille. Behandle armaturet som en del av maskinen i stedet for som tilbehør. Logg energi- og kollapsavstanden til en god del, og bruk deretter posten som referanse når noe driver. Og når en skjøt viser seg å være vanskelig, se på geometrien før du strekker deg etter mer kraft - mesteparten av tiden ligger svaret i deldesignet, ikke i kontrolleren.

Hvis du ønsker å snakke gjennom en bestemt del, kan teamet på Changzhou Aoheng Maskiner har bygget ultralydsveising, -skjæring og -forseglingsutstyr for tekstil-, nonwoven-, medisinsk- og plastprodusenter i årevis, og vi er alltid glade for å se på en tegning eller prøve og ærlig si om ultralydsveising er det riktige svaret.