Ultraskaņas siksnu griešanas un metināšanas principa pielietojums

Ultraskaņas griešanas un metināšanas princips

Ultraskaņas griešana un metināšana ir ultraskaņas pielietojumu apakšnozare rūpniecībā, un tā tiek arvien plašāk izmantota, pateicoties tās videi draudzīgajām, efektīvajām un estētiski pievilcīgajām īpašībām.

Ultraskaņas griešanas un metināšanas princips

Ultraskaņas siksnu griešana un metināšana izmanto augstfrekvences mehānisko vibrāciju 20–40 kHz, pārnesot enerģiju uz siksnas saskares virsmu caur metināšanas galviņu. 1. Enerģijas pārveidošana: Ultraskaņas ģenerators pārveido elektrisko enerģiju augstfrekvences mehāniskajā vibrācijā, ko pastiprina amplitūdas transformators un pēc tam pārraida uz metināšanas galviņu. 2. Berzes siltuma ģenerēšana: Metināšanas galviņa spiežas pret siksnu, izraisot augstfrekvences berzi starp šķiedrām siksnas iekšpusē, uzreiz radot lokalizētu augstu temperatūru 500–1000 ℃. 3. Sinhronā metināšana un griešana: Augstā temperatūra izkausē siksnas šķiedras (piemēram, neilonu un poliesteru), savukārt metināšanas galviņas spiediens sablīvē izkusušo daļu, veidojot izturīgu metināšanas slāni. Ja to izmanto kopā ar īpašu griešanas malu metināšanas galviņu, augstā temperatūra var vienlaikus griezt siksnu, panākot integrētu "griešanu + metināšanu". 4. Dzesēšana un formēšana: Pēc vibrācijas apstāšanās spiediens tiek uzturēts 0,1–0,5 sekundes, ļaujot metinātajai vietai ātri atdzist un sacietēt, pabeidzot griešanas un metināšanas procesu. (Pneimatiskās sistēmas nodrošina amortizāciju, kā arī dzesēšanu un formēšanu griešanas un metināšanas procesā.)

Ultraskaņas griešanas un metināšanas sistēmas sastāvs

Visbiežāk izmantotā ultraskaņas plastmasas metināšanas sistēma sastāv no trim galvenajām sastāvdaļām: ultraskaņas ģeneratora (elektriskās kārbas), ultraskaņas pārveidotājs (vibrators) un ultraskaņas veidne (veidnes galva, metināšanas galva, rags).

Ultraskaņas ģenerators (elektriskā kaste), ultraskaņas pārveidotāji (vibratori), ultraskaņas veidnes (veidņu galviņas, metināšanas galviņas, taures)

1. Ultraskaņas ģenerators (elektriskā kaste): Pārveido tīkla strāvu stabilā augstfrekvences, augstsprieguma izejā.

2. Ultraskaņas pārveidotājs (oscilators): Akustiska ierīce, kas pārveido enerģiju, pārveidojot elektrisko enerģiju mehāniskajā enerģijā.

3. Pastiprinātājs: Pārveidotāja mehāniskās vibrācijas amplitūda tiek mainīta, izmantojot iepriekš noteiktu pastiprinājuma koeficientu.

4. Veidnes (metināšanas galviņas, ragi): Pielāgots konkrētiem izmēriem atbilstoši metināšanas un griešanas lietojumprogrammu vajadzībām un izstrādāts ar akustiskajām īpašībām, lai atbilstu ultraskaņas sistēmas rezonanses prasībām. Zemāk es izmantošu vairākas formulas, lai izskaidrotu parametru regulēšanas fenomenu lietojumprogrammās.

Enerģija = Amplitūda * Spiediens * Laiks * Konstante K = Jauda * Laiks

Iepriekš minētās formulas parāda, ka metināšanas un griešanas laikā ultraskaņas viļņa amplitūda (ko var iestatīt ģeneratorā), spiediens (gaisa spiediens vai elektriskā cilindra griezes moments, kā arī konstrukcijas stingrība un cietība) un viļņa emisijas laiks ir pozitīvi korelēti ar metināšanas un griešanas efektu. Citiem vārdiem sakot, ja produkts netiek labi sagriezts, šos parametrus var pozitīvi regulēt. Vai tas nozīmē, ka jo augstāki ir šie parametri, jo labāk? Protams, nē!

P = K∗A∗f∗δ, kur P apzīmē metināšanas jaudu, izteiktu W;

K ir konstante, kuras lielums ir saistīts ar materiāla skaņas vadītspēju un enerģijas izkliedi. Tas nozīmē, ka mēs parasti sakām, ka dažādiem materiāliem ir nepieciešama atšķirīga parametru precizēšana, lai izpildītu prasības.

A apzīmē metinājuma griezuma laukumu, mērot kvadrātmetros (㎡). Tā ir metinājuma griezuma saskares virsma, tāpēc griešanas malas garums un leņķis parasti nosaka šo laukumu.

f ir ultraskaņas frekvence, kas nozīmē, ka teorētiski augstākas frekvences ir vieglāk metināt. Tomēr akustiski, jo augstāka frekvence, jo grūtāk ir sasniegt lielu amplitūdu; mērvienība ir Hz.

d apzīmē amplitūdu, kas mērīta metros (m). Teorētiski lielāka amplitūda nodrošina labāku metināšanu un griešanu. Tomēr metālu materiālu noguruma ilgums ir saistīts ar frekvenci, materiāla īpašībām, spriegumu, laiku, spiedienu un cietību, un tāpēc to ietekmē citi parametri.

Seši faktori, kas ietekmē ultraskaņas griešanas un metināšanas rezultātus:

Spiediens + Laiks + Mehāniskā struktūra + Produkta materiāli + Atkļūdošana

1. Ultraskaņas metināšanas spiediens

Pielietojot atbilstošu spiedienu uz metināšanas virsmu, metināšanas materiāls mainās no elastīga uz plastisku, tiek veicināta molekulu savstarpēja difūzija un no metinājuma tiek izspiests atlikušais gaiss, tādējādi palielinot metinājuma virsmas blīvēšanas veiktspēju. Spiediens parasti nepārsniedz 0,5 MPa.

2. Ultraskaņas metināšanas/griešanas laiks (viļņu emisijas laiks)

Būtisks ir atbilstošs kušanas laiks un pietiekams dzesēšanas laiks. Ar fiksētu siltuma jaudu nepietiekams laiks novedīs pie nepilnīgas metināšanas, savukārt pārmērīgs laiks izraisīs metinājuma deformāciju, izdedžu pārplūšanu un dažreiz karstos punktus (krāsas izmaiņas) nemetinātajās vietās. Ir ļoti svarīgi nodrošināt, lai metinājuma virsma absorbētu pietiekami daudz siltuma, lai sasniegtu pilnībā izkusušu stāvokli, tādējādi garantējot atbilstošu molekulāro difūziju un kušanu. Vienlaikus ir nepieciešams pietiekams dzesēšanas laiks, lai metinājums sasniegtu atbilstošu stiprību.

3. Ultraskaņas amplitūda

4. Mehāniskā struktūra

Rāmja izgatavošanas precizitāte un stabilitāte tieši ietekmē metināšanas efektu, īpaši dažiem precīzijas izstrādājumiem, kur mehāniskajai struktūrai jāatbilst izstrādājuma precizitātei.

5. Produkta materiāli

Metināšanas efektu tieši ietekmē arī tādi faktori kā metināto detaļu materiāls, to struktūra, biezums un spiediena izturība.

6. Iekārtu atkļūdošana

Noslēgumā jāsaka, ka, lai produkts sasniegtu labākos ultraskaņas griešanas un metināšanas rezultātus, svarīga garantija ir arī iekārtu atkļūdošana. Svarīga loma ir dažādu parametru elastīgai saskaņošanai un pielāgošanai, kā arī inženieru veiktai atkļūdošanai uz vietas.