Ultraheli rihmade lõikamise ja keevitamise põhimõtte rakendamine
Ultraheli lõikamise ja keevitamise põhimõte
Ultraheli lõikamine ja keevitamine on ultraheli rakenduste alamvaldkond tööstuses ning seda on üha laialdasemalt kasutatud tänu oma keskkonnasõbralikele, tõhusatele ja esteetiliselt meeldivatele omadustele.
Ultraheli lõikamise ja keevitamise põhimõte
Ultraheli rihma lõikamine ja keevitamine kasutab kõrgsageduslikku mehaanilist vibratsiooni sagedusega 20–40 kHz, kandes energia keevituspea kaudu rihma kokkupuutepinnale. 1. Energia muundamine: Ultraheli generaator muundab elektrienergia kõrgsageduslikuks mehaaniliseks vibratsiooniks, mida amplituudtrafo võimendab ja seejärel edastab keevituspeale. 2. Hõõrdesoojuse tekitamine: Keevituspea surub rihma vastu, põhjustades rihma sees olevate kiudude vahel kõrgsageduslikku hõõrdumist, tekitades koheselt lokaalseid kõrgeid temperatuure 500–1000 ℃. 3. Sünkroonne keevitamine ja lõikamine: Kõrge temperatuur sulatab rihma kiud (näiteks nailon ja polüester), samal ajal kui keevituspea rõhk tihendab sulanud osa, moodustades tugeva keeviskihi. Spetsiaalse lõiketeraga keevituspeaga kasutamisel saab kõrge temperatuur samaaegselt rihma lõigata, saavutades integreeritud „lõikamise + keevitamise“. 4. Jahutamine ja vormimine: Pärast vibratsiooni lakkamist hoitakse rõhku 0,1–0,5 sekundit, võimaldades keevitatud alal kiiresti jahtuda ja tahkuda, viies lõpule lõikamis- ja keevitusprotsessi. (Pneumaatilised süsteemid pakuvad pehmendust, tagades ka jahutuse ja vormimise lõikamis- ja keevitusprotsessi ajal.)
Ultraheli lõikamis- ja keevitussüsteemi koostis
Tavaliselt kasutatav ultraheli plasti keevitussüsteem koosneb kolmest põhikomponendist: ultraheli generaatorist (elektrikarbist), ultraheliandur (vibraator) ja ultrahelivorm (vormipea, keevituspea, sarv).
Ultraheli generaator (elektrikarp) Ultraheli muundurid (vibraatorid), ultraheli vormid (vormipead, keevituspead, sarved)
1. Ultraheli generaator (elektriline kast): Muundab võrguvoolu stabiilseks kõrgsageduslikuks ja kõrgepinge väljundiks.
2. Ultraheli muundur (ostsillaator): Akustiline seade, mis muundab energiat, muutes elektrienergia mehaaniliseks energiaks.
3. Võimendi: Muunduri mehaanilise vibratsiooni amplituudi muudetakse eelnevalt kavandatud võimendussuhte abil.
4. Vormid (keevituspead, sarved): Kohandatud konkreetsete mõõtmete järgi vastavalt keevitus- ja lõikerakenduste vajadustele ning projekteeritud akustiliste omadustega, et need vastaksid ultrahelisüsteemi resonantsinõuetele. Allpool kasutan rakenduste parameetrite häälestamise nähtuse selgitamiseks mitmeid valemeid.
Energia = Amplituud * Rõhk * Aeg * Konstant K = Võimsus * Aeg
Ülaltoodud valemid näitavad, et keevitamisel ja lõikamisel on ultrahelilaine amplituud (mida saab generaatoril seadistada), rõhk (õhurõhk või elektrisilindri pöördemoment, samuti konstruktsiooni jäikus ja kõvadus) ning laine emissiooniaeg positiivses korrelatsioonis keevitamise ja lõikamise tulemusega. Teisisõnu, kui toodet ei lõigata hästi, saab neid parameetreid positiivselt reguleerida. Kas see tähendab, et mida kõrgemad need parameetrid on, seda parem? Muidugi mitte!
P = K∗A∗f∗δ, kus P tähistab keevitusvõimsust vattides;
K on konstant, mille suurus on seotud materjali helijuhtivuse ja energia hajumisega. See tähendab, et tavaliselt ütleme, et erinevad materjalid vajavad nõuete täitmiseks erinevat parameetrite peenhäälestust.
A tähistab keevisõmbluse pindala, mõõdetuna ruutmeetrites (㎡). See on keevisõmbluse kokkupuutepind, seega määravad lõikeserva pikkus ja nurk selle pindala tavaliselt.
f on ultraheli sagedus, mis tähendab, et teoreetiliselt on kõrgemaid sagedusi lihtsam keevitada. Akustiliselt on aga nii, et mida kõrgem on sagedus, seda raskem on saavutada suurt amplituudi; ühik on Hz.
d tähistab amplituudi, mõõdetuna meetrites (m). Teoreetiliselt tagab suurem amplituud parema keevituse ja lõikamise. Metalliliste materjalide väsimuskindlus on aga seotud sageduse, materjali omaduste, pinge, aja, rõhu ja kõvadusega ning seetõttu mõjutavad seda ka muud parameetrid.
Kuus tegurit, mis mõjutavad ultraheli lõikamise ja keevitamise tulemusi:
Rõhk + aeg + mehaaniline struktuur + tootematerjalid + silumine
1. Ultraheli keevitusrõhk
Keevituspinnale sobiva rõhu rakendamine põhjustab keevitusmaterjali ülemineku elastsest plastseks, soodustab molekulaarset difusiooni ja tõrjub keevisõmblusest järelejäänud õhu, suurendades seeläbi keevituspinna tihendusvõimet. Rõhk ei ületa üldiselt 0,5 MPa.
2. Ultraheli keevitamise/lõikamise aeg (laine emissiooni aeg)
Sobiv sulamisaeg ja piisav jahutusaeg on olulised. Fikseeritud soojusvõimsuse korral põhjustab ebapiisav aeg mittetäielikku keevitust, samas kui liigne aeg põhjustab keevisõmbluse deformatsiooni, räbu ülevoolu ja mõnikord kuumi kohti (värvimuutust) keevitamata aladel. On oluline tagada, et keevisõmbluse pind neelaks piisavalt soojust, et saavutada täielikult sulanud olek, mis tagab piisava molekulaarse difusiooni ja sulamise. Samal ajal on keevisõmbluse piisava tugevuse saavutamiseks vaja piisavat jahutusaega.
3. Ultraheli amplituud
4. Mehaaniline struktuur
Raami valmistamise täpsus ja stabiilsus mõjutavad otseselt keevitustulemust, eriti mõnede täppistoodete puhul, kus mehaaniline konstruktsioon peab vastama toote täpsusele.
5. Toote materjalid
Keevitustulemust mõjutavad otseselt ka sellised tegurid nagu keevitatud osade materjal, struktuur, paksus ja rõhukindlus.
6. Seadmete silumine
Kokkuvõtteks võib öelda, et parimate ultrahelilõikamis- ja keevitustulemuste saavutamiseks on oluline garantii ka seadmete veatustamine. Olulist rolli mängivad erinevate parameetrite paindlik sobitamine ja kohandamine ning inseneride kohapealne veatustamine.