בעיות ופתרונות ריתוך אולטרה סאונד נפוצים

בעיות ופתרונות ריתוך קולי נפוצים

העיקרון הבסיסי של ריתוך קולי הוא המרת אנרגיה חשמלית בתדירות גבוהה לאנרגיה מכנית של רטט בתדירות גבוהה. רטט הדדיות זה מועבר לתרמופלסטיקה או למתכת, וחיכוך וחום נוצרים בממשק פלסטיק ופלסטיק, פלסטיק ומתכת, או מתכת ומתכת.

בריתוך קולי, חיכוך מייצר חום למיזוג שני משטחי חומר יחד. במסמר קולי, ראש הריתוך שולט בזרימת פלסטיק מותך, יוצר ולוחץ חלקים. בהתקנת אגוז אולטרסאונד, ראש הריתוך מכניס את אגוז המתכת לפלסטיק.

למערכת הריתוך הקולי יש מגוון אפשרויות תצורה, כולל תדרים שונים (15Khz-50Khz), הספקים שונים (600W-4800W) וצורות שונות, כגון מכונות ריתוך קולי פנאומטיות, מכונות ריתוך קולי סרוו, מכונות ריתוך כף יד, ללא מכונות ריתוך סטנדרטיות, מכונת ריתוך קולי מתכת וכן הלאה.

ישנם גורמים רבים המשפיעים על ההצלחה של ריתוך קולי: עובש (כולל ראש ריתוך עליון ותבנית תחתונה תחתונה), תדירות, חומר, עיצוב ריתוך, פרמטרי ריתוך, וזריקת חלקים. במאמר זה אנו מציגים 5 גורמים עיקריים.

1. תדר מערכת הריתוך

התדירות של מערכת ריתוך אולטרסאונד טיפוסית היא 15 Khz, 20 Khz, 30 Khz, 35 Khz ו- 40 Khz. יש צורך לבחור תדר ריתוך מתאים בהתאם לדרישות גודל המוצר, סוגי הרכיבים הפנימיים, חוזק ומראה. באופן כללי, אתה יכול להתייחס לעקרונות הבאים:

למוצרים אלקטרוניים קטנים ומדויקים (כולל לוחות PCB ורכיבים מיקרו-אלקטרוניים) ריתוך מעטפת, השתמש במכונת ריתוך בתדירות גבוהה 40Khz. למכונת ריתוך 40Khz משרעת קטנה יותר ולחץ ריתוך מינימלי, אשר יכולים למנוע נזק לרכיבים האלקטרוניים הפנימיים של המוצר.

למוצרים קטנים הדורשים מראה של משטח Class A. הוא מולחם על ידי מכונת ריתוך 40Khz, שיכולה לשפר את המראה בשל המשרעת והלחץ הקטנים.

לריתוך של חלקים בינוניים וגדולים, השתמש במכונות ריתוך בתדר נמוך 15Khz או 20Khz.

עבור חומרים רכים יותר כגון PP, ומוצרים בעלי קירות דקים עם קשיחות ירודה, מכונת ריתוך 15Khz בתדירות נמוכה ומשרעת גדולה משמשת לריתוך.

לריתוך בשדה רחוק, כלומר ראש הריתוך רחוק מתפר הריתוך, למשל, כאשר הוא גדול מ- 12 מ"מ, משמשת לריתוך מכונת ריתוך של 15 קילו-הרץ בתדירות נמוכה ומשרעת גדולה.

מכונת הריתוך 20Khz מתאימה לריתוך מרבית המוצרים בגודל קטן עד בינוני, והיא גם התדר הקולי הנפוץ ביותר.

2. חומר

לריתוך קולי של פלסטיק, הוא מתאים לריתוך תרמופלסטיים בלבד. מכיוון שהם יכולים להמיס בטווח טמפרטורות ספציפי. פלסטיקה תרמוסטית מתכלה כשמחממים אותם ולא ניתן לרתך אותם באמצעות קולי.

יכולת הריתוך של תרמופלסטיקה תלויה בקשיחות החומר או במודולוס האלסטי, בצפיפות, במקדם החיכוך, במוליכות תרמית, בקיבולת החום הספציפית, בטמפרטורת מעבר הזכוכית Tg או בטמפרטורת ההיתוך Tm.

באופן כללי, פלסטיק קשיח מציג ביצועי ריתוך מצוינים בשדה הרחוק מכיוון שהם קלים יותר להעביר אנרגיית רטט. עם זאת, פלסטיק רך עם מודולוס אלסטי נמוך קשה לרתך מכיוון שהם מחלישים את הרטט הקולי. ההפך הוא הנכון עבור ניטוד קולי או ריתוך נקודתי. ככל שהפלסטיק רך יותר, כך קל יותר לריתוך או לריתוך נקודתי.

באופן כללי ניתן לחלק פלסטיקה לשני סוגים: לא גבישי (אמורפי) וגבישי. אנרגיה קולי מועברת בקלות בחומרים אמורפיים, ולכן פלסטיק אמורפי קל לריתוך קולי. אנרגיה אולטראסונית אינה מועברת בקלות בחומרים גבישיים, ולכן יש צורך במשרעת ובאנרגיה גדולים יותר בעת ריתוך פלסטיק גבישי, ועיצוב הריתך חייב להיות מתוכנן בקפידה.

גורמים שיכולים להשפיע עוד יותר על הלחמה כוללים תכולת לחות, חומרי שחרור עובש, חומרי סיכה, חומרי פלסטור, משפרי מילוי, פיגמנטים, מעכבי בעירה ותוספים אחרים, כמו גם דרגת השרף בפועל. בנוסף, יש לציין כי מידת התאימות בין חומרים שונים היא שונה. לחומרים מסוימים מידה מסוימת של תאימות בין ציונים ספציפיים, בעוד שאחרים אינם תואמים.

לבסוף, שקול אם הריתוך הוא ריתוך קרוב לשדה או ריתוך בשדה רחוק. כאשר המרחק מראש הריתוך לצלע הריתוך קטן מ- 6 מ"מ, זה נקרא ריתוך שדה קרוב. גדול מ- 6 מ"מ' נקרא ריתוך בשדה הרחוק. ככל שהמרחק גדול יותר, הנחתת הרטט גדולה יותר והריתוך קשה יותר.

3. עיצוב מפרקים מרותך

הגורם הקריטי והחשוב ביותר המשפיע על ריתוך קולי הוא עיצוב המפרק. כאשר חלקים נמצאים בשלב התכנון, על המהנדסים לשקול ולהעריך היטב. ישנם עיצובים שונים של מפרקים מרותכים עם מאפיינים ויתרונות משלהם. בחירת העיצוב תלויה בסוג הפלסטיק, בגיאומטריה של חלקים, דרישות ריתוך, יכולות הזרקה ודרישות מראה.

עיצוב משותף אופייני:

תכנון צלעות אנרגיה משולשות. זהו העיצוב הנפוץ ביותר בריתוך קולי והתכנון הקל ביותר להזרקה. הוא מאופיין במשולש מוגבה קטן במישור, החלק העליון של המשולש הוא 90 או 60 מעלות. מכיוון שתכנון הנקודות החדות שלו קל להנחות ולרכז את אנרגיית הרטט, זה נקרא צלעות מנחות אנרגיה.

עיצוב תפר צעד, הזרקה קלה, מיקום עצמי חלקים עליונים ותחתונים, חוזק ריתוך גבוה, חומר מותך זורם לפער האנכי.

עיצוב התפר המחורץ, החלקים העליונים והתחתונים יכולים להיות במיקום עצמי, עם חוזק גבוה, מאפייני איטום טובים, וללא הברקות מבפנים ומחוץ. החיסרון הוא שנדרש עובי דופן מסוים.

עיצוב תפר גזירה משמש בדרך כלל לריתוך מוצרים בגודל קטן יותר הדורש איטום חוזק גבוה, ומתאים במיוחד לריתוך פלסטיק גבישי.

מפרקי צעיף, המשמשים בדרך כלל לחלקים בעלי צורות עגולות או אליפטיות, מספקים חוזק גבוה ואיטום גבוה, ומתאימים במיוחד לריתוך פלסטיק גבישי.

(ההסבר המפורט לעיל על עיצוב הריתוך יובא במאמר המשך).

על מנת לקבוע איזה עיצוב ריתוך מתאים למוצר שלך, אנא התייעץ עם המהנדס או איש המכירות של היצרן הקולי.

4. ראש כלים לריתוך

באופן כללי, לקוחות יבחרו ראשי כלים וריתוך מאותו המותג כמו מכונת הריתוך. למעשה, תוכלו לבחור באופן חופשי את ראש הכלים והריתוך המסופקים על ידי מותגים אחרים, כל עוד תדירות ראש הריתוך זהה לזו של הציוד.

חומרי ראש ריתוך יכולים לבחור סגסוגת אלומיניום, סגסוגת טיטניום ופלדת סגסוגת קשה. חומרי הכלים יכולים לבחור סגסוגת אלומיניום, נירוסטה ותבנית שרף. כיצד לבחור חומר, התחשבו בדרך כלל בסוג הפלסטיק, בתכולת סיבי הזכוכית של החומר, במבנה ובגודל המפרק, בחוזק הריתוך ובחיי השירות. לדוגמא, על מנת להאריך את חיי החיים, ראש הריתוך מפלדה קרביד הוא הבחירה הטובה ביותר.

ניתן לתכנן ולבצע אופטימיזציה של ראשי ריתוך קולי באמצעות FEA (ניתוח אלמנטים סופיים), המאפשר למהנדסים להעריך את רמת הרטט והמתח של ראש הריתוך לפני הייצור בפועל. עיצוב ראש הריתוך הטוב ביותר הוא בעל משרעת פלט אחידה ולחץ מינימלי. בתמונה לעיל, התמונה משמאל היא עיצוב ראש הריתוך הקדמי המותאם, ופלט המשרעת אינו אחיד. מימין, לאחר אופטימיזציה, משרעת הפלט אחידה.

בתכנון וייצור ראש ריתוך יש לשמור בקפידה על סימטריה וזאת מכיוון שיש סימטריה של ראש ריתוך. ראש ריתוך אסימטרי גורם לרטט שאינו צירי. רטט רדיאלי יגביר מאוד את הלחץ ויגרום לכישלון ראש הריתוך.

גם עיצוב כלים טוב הוא חשוב מאוד. לכלי שתי פונקציות עיקריות: (1) ליישר את החלקים מתחת לראש הריתוך; (2) תומכים בצורה נוקשה באזור הריתוך. התמיכה הקשיחה עוזרת לשקף את האנרגיה האולטראסונית למצב הריתוך, ולכן הכלי עשוי בדרך כלל מחלקי עיבוד מתכת.

על מנת להגדיל את עמידות הבלאי של ראש הריתוך ולהגדיל את חיי השירות, ניתן לטפל במשטח ראש הריתוך באמצעות טונגסטן קרביד או ציפוי כרום. ניתן לעצב את הכלים בחלקים כך שיתאימו טוב יותר למוצר.

5. פרמטרי ריתוך

במהלך תהליך הריתוך, פרמטרי הריתוך ישפיעו על תוצאת הריתוך. פרמטרים אלה כוללים משרעת, לחץ ריתוך, לחץ טריגר, מרחק ריתוך ואנרגית ריתוך.

סוגים שונים של פלסטיק דורשים משרעת שונה. ניתן לכוונן את המשרעת לפי הגדרת האחוז בתוכנה, או להתאים אותה בטווח רחב על ידי שינוי מודולטור המשרעת ביחס אחר. ניתן לכוונן את לחץ הריתוך באמצעות כפתור או הגדרת תוכנה. לחץ טריגר פירושו שכאשר ראש הריתוך לוחץ על המוצר והלחץ מגיע לערך מוגדר מסוים, המכשיר מתחיל לפלוט אולטרסאונד. ניתן לכוונן ערך זה באמצעות הכפתור או הגדרות התוכנה.

ישנן מספר שיטות בקרה לתהליך הריתוך הקולי:

מצב ריתוך זמן, כלומר קבע את משך הריתוך הקולי.

מצב ריתוך מרחק (מצב ריתוך מיקום), כלומר הגדר את מרחק הריתוך או את המיקום.

מצב ריתוך אנרגיה, הקובע את אנרגית הריתוך.

מצבי ריתוך שונים חלים על מוצרים שונים. לדוגמא, ריתוך גיליונות מאמץ מצב ריתוך אנרגיה, מוצרים עם סובלנות מימדיות גדולות מאמצים מצב ריתוך למרחק, ומוצרים עם דרישות סובלנות גבוהות מאמצים מצב ריתוך מיקום.

ריתוך קולי פלסטי הוא תהליך מיוחד. בשלב המוקדם של פיתוח המוצר, יש צורך לשתף פעולה עם יצרן הציוד הקולי ולהשתמש בניסיון של יצרן הציוד בתחום זה להערכת מבנה המוצר ועיצוב הריתוך, ולערוך בדיקות ריתוך על דגימות. על מנת לשפר את התשואה של ייצור המוני שלאחר מכן.