פרמטרים של תהליך ריתוך קולי

פרמטרים של תהליך ריתוך קולי

פרמטרי התהליך העיקריים של ריתוך אולטרסאונד הם: משרעת, זמן ריתוך, זמן לחץ אחיזה, לחץ ריתוך, תדירות וכו '. מפרטי הריתוך הטובים ביותר תלויים בחלקים שיש לרתך ובציוד הריתוך המשמש. התאמת פרמטרי הריתוך תלויה בגודל ובקשיחות החלק, במיוחד המרחק בין נקודת המגע של ראש הריתוך למפרק הריתוך. יכולת הריתוך מוגבלת ביכולתו של הפלסטיק להעביר רעידות אולטראסוניות (והחלקים אינם פגומים).

1. תדירות

תדרים נפוצים לאולטרסאונד הם 20, 30 ו- 40 קילוהרץ, ועבור פלסטיק חצי גבישי, 15 קילוהרץ. 20 קילוהרץ הוא התדר הקולי הנפוץ ביותר מכיוון שקל להשיג את המשרעת וההספק הנדרשים להמיסת תרמופלסטים בתדר זה, אך הוא עשוי ליצור רעידות מכניות רבות שקשה לשלוט בהם והכלי הופך לגדול מאוד. תדירות גבוהה יותר (40 קילוהרץ) המייצרת פחות רטט הינה אפשרית ומשמשת בדרך כלל לריתוך פלסטיקה הנדסית ולפולימרים מחוזקים. היתרונות של ציוד ריתוך בתדירות גבוהה כוללים: רעש נמוך, גודל חלק קטן, הגנת חלקים משופרת (עקב לחץ מופחת מחזורי וחימום לא סלקטיבי של האזור החיצוני של ממשק המפרק), שליטה משופרת באנרגיה מכנית, לחץ ריתוך מופחת , ומהירות העיבוד מהירה יותר. החיסרון הוא שקשה לבצע ריתוך בשדה הרחוק בגלל גודלם הקטן של החלקים, יכולת הספק מופחתת ומשרעת מופחתת. בדרך כלל משתמשים במכונות ריתוך קולי בתדירות גבוהה לריתוך חלקים מדויקים קטנים (כמו מתגים חשמליים) וחלקים הדורשים פחות השפלה של חומרים. רתך 15 קילוהרץ יכול לרתך במהירות את מרבית התרמופלסטים, וברוב המקרים, השפלת החומר אינה טובה כמו רתך 20 קילוהרץ. ניתן לרתך ביעילות של 15 קילו-הרץ חלקים שקשה לרתך ב -20 קילו-הרץ (במיוחד חלקים העשויים טכנולוגיה וציוד גומי ופלסטיק ביצועים גבוהים). בתדרים נמוכים יותר, אורך התהודה של ראש הריתוך ארוך יותר, וניתן להגדיל אותו בכל הגדלים. יתרון חשוב נוסף בשימוש ב -15 קילוהרץ הוא שבהשוואה לשימוש בתדרים גבוהים יותר, זה יכול להפחית במידה ניכרת את ההחלשה של גלי קולי בפלסטיקה, כך שניתן יהיה לרתך פלסטיק רך יותר ולהשיג מרחק שדה רחוק גדול יותר.

2. מסגרות

הצלחת הריתוך תלויה במשרעת התקינה של קצה ראש הריתוך. עבור כל שילובי ראש הצופר / ריתוך, המשרעת קבועה. בחר את המשרעת בהתאם לחומר שיש לרתך כדי להשיג את מידת ההיתוך המתאימה. באופן כללי, פלסטיק חצי גבישי דורש יותר אנרגיה מפלסטיק שאינו גבישי ולכן דורש משרעת קצה גדולה יותר. בקרת התהליך במכונות ריתוך קולי מודרניות מאפשרת דירוג. המשרעת הגבוהה משמשת להתחלת ההיתוך, והמשרעת הנמוכה משמשת לשליטה על צמיגות החומר המותך. הגידול ישפר את איכות הריתוך של חלקי תכנון מפרקי הגזירה. עבור מפרקי קת, כאשר המשרעת עולה, איכות הריתוך תשתפר וזמן הריתוך יקטן. בעת שימוש במוט מנחה אנרגיה לריתוך קולי, קצב אובדן החום הממוצע (Qavg) תלוי במודול ההפסד המרוכב (Eʺ), בתדירות (ω) ובמתן הפעולה (ε0) של החומר: Qavg=ωε02Eʺ / 2

מודול ההפסד המרוכב של תרמופלסטים קשור קשר הדוק לטמפרטורה. כאשר מגיעים לנקודת ההיתוך או לטמפרטורת מעבר הזכוכית, מודול ההפסד גדל ואנרגיה רבה יותר מומרת לחום. לאחר תחילת החימום, הטמפרטורה של ממשק הריתוך עולה בחדות (עד 1000 מעלות צלזיוס / שנייה). המתח המופעל הוא פרופורציונלי למשרעת המפרק המרותך, כך שניתן לשלוט על חימום הממשק המרותך על ידי שינוי המשרעת. משרעת היא פרמטר חשוב לשליטה בזרימת שחול תרמופלסטי. כאשר המשרעת גדולה, מהירות החימום של ממשק הריתוך הופכת גבוהה יותר, הטמפרטורה עולה, וזרימת החומר המותך מואצת, מה שמוביל לעלייה בכיוון המולקולרי, לעלייה בפלאש ולירידה בכוח הריתוך. יש צורך במשרעת גבוהה כדי להתחיל להתמוסס. משרעת נמוכה מדי תגרום להתכה לא אחידה והתמצקות מוקדמת של ההמסה. כאשר המשרעת תגבר, החומר התרמופלסטי יצרוך יותר אנרגיית רטט, והחלקים שיש לרתך יישאו מתח רב יותר. כאשר המשרעת נשארת קבועה לאורך מחזור הריתוך, משתמשים בדרך כלל במשרעת הגבוהה ביותר שלא תגרום נזק יתר לחלקים המרותכים. עבור פלסטיק גבישי כמו פוליאתילן ופוליפרופילן, השפעת המשרעת גדולה בהרבה מזו של פלסטיק אמורפי כמו ABS ופוליסטירן. זה יכול להיות כי ההיתוך והריתוך של פלסטיק גבישי דורש יותר אנרגיה. ניתן לכוונן את המשרעת באופן מכני (על ידי החלפת צופר או ראש ריתוך) או חשמלית (על ידי שינוי המתח המסופק למתמר). למעשה, נעשה שימוש בשיטות מכניות להתאמות גדולות יותר, בעוד ששיטות חשמליות משמשות להתאמות עדינות. חומרים בעלי נקודת התכה גבוהה, ריתוך שדה רחוק ופלסטיק חצי גבישי דורשים בדרך כלל משרעת גדולה יותר מפלסטיק אמורפי וריתוך קרוב לשדה. טווח המשרעת הכולל האופייני של פלסטיק אמורפי הוא 30-100 מיקרומטר, ואילו טווח המשרעת הכולל האופייני של פלסטיק גבישי הוא 60-125 מיקרומטר. התפלגות המשרעת יכולה להשיג זרימת התכה טובה ועקבית גבוהה. פרופיל המשרעת יכול להשיג זרימת התכה טובה ועוצמת ריתוך גבוהה עקבית. לקבלת משרעת וכוח משולבים, השתמש במשרעת וכוח גדולים יותר כדי להתחיל להתמוסס, ואז צמצם את המשרעת והכוח להפחתת הכיוון המולקולרי לאורך קו הריתוך.

3. זמן ריתוך

זמן הריתוך הוא הזמן בו מפעילים רטט. ניסוי לקביעת זמן הריתוך המתאים לכל יישום. הגדלת זמן הריתוך תגדיל את חוזק הריתוך עד להשגת הזמן האופטימלי. הגדלה נוספת של זמן הריתוך תביא לירידה בחוזק הריתוך או רק לעלייה קלה בכוח, כשבמקביל היא תגדיל את קדיחות הריתוך ותגדיל את האפשרות לכניסת חלקים. הימנעות מריתוך יתר חשובה מכיוון שהיא יוצרת הבזק מופרז שיש לגזוז אותו, מה שעשוי להפחית את איכות הריתוך ולגרום לדליפה של חלקים שיש לאטום. ראש הריתוך עלול לשרוט את פני השטח. לזמני ריתוך ארוכים יותר, התכה ושבר עשויים להתרחש גם בחלקים הרחק מאזור המפרק, במיוחד בחורים, ריתוכים ובפינות חדות של חלקים מעוצבים.

4. זמן אחזקה

זמן ההחזקה מתייחס לזמן הנומינלי של מיזוג החלקים והתמצקות ללא לחץ רטט לאחר הריתוך. ברוב המקרים פרמטר זה אינו פרמטר קריטי. אלא אם כן קל לפרק את העומס הפנימי את החלק המרותך (כגון קפיץ סליל שנדחס לפני הריתוך), בדרך כלל מספיקים 0.3 ~ 0.5 שניות.

5. לחץ

לחץ הריתוך מספק את הכוח הסטטי הנדרש לחיבור בין ראש הריתוך לחלק, כך שניתן להעביר רטט לחלק. בשלב החזקת הלחץ של מחזור הריתוך, כאשר החומר המותך במפרק מתמצק, אותו עומס סטטי יכול להבטיח את החיבור האינטגרלי של החלקים. קביעת הלחץ האופטימלי חיונית לריתוך טוב. אם הלחץ נמוך מדי, זה יגרום לזרימת התכה לקויה או לא מספקת בהעברת אנרגיה, וכתוצאה מכך מחזורי ריתוך ארוכים מיותרים. הגדלת לחץ הריתוך תפחית את זמן הריתוך הנדרש להשגת אותה תזוזה. אם הלחץ גבוה מדי, זה יגרום לכיוון מולקולרי לאורך כיוון הזרימה ויפחית את חוזק הריתוך, מה שעלול לגרום להזחה של החלק. במקרים קיצוניים, אם הלחץ גבוה מדי ביחס לקצה ראש הריתוך, הוא עלול להעמיס על ראש הריתוך ולעצור. בריתוך קולי, משרעת גבוהה דורשת לחץ נמוך, ומשרעת נמוכה דורשת לחץ גבוה. ככל שהמשרעת עולה, מתח הלחץ המקובל מצטמצם. לכן, הדבר החשוב ביותר למשרעת גבוהה הוא למצוא את הלחץ הטוב ביותר. רוב הריתוך הקולי מתבצע בלחץ קבוע או כוח קבוע. עבור ציוד כלשהו, ​​תוכלו לשנות את הכוח במהלך המחזור, כלומר לבצע ניתוח פרופיל כוח ולהפחית את כוח הריתוך במהלך החלת אנרגיה אולטראסונית על החלק. לחץ או כוח הריתוך המופחת בסוף מחזור הריתוך יפחית את כמות החומר המוחלחץ מהמפרק, יאריך את זמן הדיפוזיה בין מולקולות, יפחית את האוריינטציה המולקולרית ויגביר את חוזק הריתוך. עבור חומרים בעלי צמיגות התכה נמוכה יותר הדומה לפוליאמיד, הדבר עשוי להגדיל מאוד את חוזק הריתוך.

6. שיטת ריתוך

ריתוך זמן נקרא תהליך לולאה פתוחה. לפני שמוטלים את ראש הריתוך ונוגעים בו, החלקים שיש לרתך מורכבים במתקן. לאחר מכן, אולטרסאונד יפעל על החלק למשך פרק זמן קבוע, בדרך כלל 0.2 עד 1 שניות. ריתוך לא בוצע בהצלחה במהלך תהליך זה. מתוך ההנחה שזמן ריתוך קבוע גורם לכמות קבועה של אנרגיה לפעול על המפרק ולהביא לכמות התכה ניתנת לשליטה, ריתוך מוצלח הוא מצב אידיאלי. למעשה, הכוח הנקלט על ידי שמירה על המשרעת ממחזור אחד למשנהו אינו זהה. זאת בשל גורמים מרובים (למשל ההתאמה בין שני חלקים). מכיוון שאנרגיה משתנה עם הכוח והזמן, והזמן קבוע, האנרגיה המיושמת משתנה מחלק אחד למשנהו. לייצור המוני שבו עקביות חשובה, ברור שזה לא רצוי. ריתוך אנרגיה הוא תהליך לולאה סגורה עם בקרת משוב. תוכנת מכונות קולי מודדת את הכוח הנספג ומתאימה את זמן העיבוד כדי לספק את קלט האנרגיה הנדרש למפרקים. ההנחה של תהליך זה היא שאם האנרגיה הנצרכת בכל ריתוך זהה, כמות החומר המותך בכל חיבור זהה. עם זאת, המצב בפועל הוא שיש אובדן אנרגיה בערכת הריתוך, במיוחד בממשק שבין ראש הריתוך לחלק. כתוצאה מכך, חלקים מסוימים עשויים לקבל יותר אנרגיה מאחרים, מה שעלול לגרום לחוזק ריתוך לא עקבי. ריתוך לפי מרחק מאפשר לחבר חלקים בעומק ריתוך ספציפי. אופן פעולה זה אינו תלוי בזמן, באנרגיה הספוגה או בכוח, ויכול לפצות על כל חריגה ממדית בחלקה המעוצבת, ובכך להבטיח בצורה הטובה ביותר כי אותה כמות פלסטיק נמס במפרק בכל פעם. על מנת לשלוט על האיכות, ניתן להגדיר מגבלה על האנרגיה או על הזמן המשמש ליצירת הריתוך.