Thời gian qua đã chứng kiến ​​những cải tiến đáng kể trong máy hàn nhựa siêu âm. Những tiến bộ này cho phép các nhà sản xuất thu được năng suất và hiệu quả tốt hơn với các loại máy hàn khác, dễ sử dụng hơn và có tính năng kiểm soát quy trình và hiệu chuẩn tích hợp cao.

Thật hữu ích để hiểu chức năng của các thành phần của máy hàn siêu âm và cách thức hoạt động của hệ thống. Điều này giúp hợp lý hóa quá trình xác định phương pháp hàn tốt nhất cho mỗi ứng dụng.

Cơ bản máy hàn nhựa siêu âm

Trung tâm của máy hàn nhựa siêu âm là cụm đầu dò – thường được gọi là “ngăn xếp”. Ngăn xếp thường bao gồm ba thành phần: bộ chuyển đổi, bộ tăng áp và còi hàn. Các bộ phận này kết nối với nhau tại một giá trị mô-men xoắn cụ thể và hoạt động như một công cụ cộng hưởng hoặc rung.

Bộ chuyển đổi là nguồn rung. Bên trong bộ chuyển đổi là các đĩa gốm áp điện được kẹp xung quanh các tấm kim loại. Chúng được kẹp dưới lực cao đến một xi lanh titan được thiết kế cẩn thận. Một máy phát cung cấp năng lượng điện tần số cao cho mô đun nguồn hệ thống. Một dây cáp cung cấp năng lượng cho bộ chuyển đổi và gốm áp điện mở rộng và co lại theo tín hiệu điện hình sin, tần số cao. Xy lanh titan truyền rung động cơ học này đến các thành phần còn lại của ngăn xếp.

Các rung động được tạo ra bởi bộ chuyển đổi là khoảng 9mm được đo từ 0 đến cực đại. Điều này là không đủ rung động hữu ích để có được nhiệt độ nóng chảy cho hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo. Bộ khuếch đại khuếch đại rung động đầu vào, khuếch đại rung theo tỷ lệ được xác định bởi thiết kế tăng áp. Ví dụ: với bộ tăng áp 1: 2.0, đầu vào 9m sẽ cho công suất rung có thể đo được là 18 m ở cuối đoạn tăng áp.

Sừng hàn chuyển năng lượng được tạo ra cho phôi nhiệt dẻo. Thiết kế sừng phù hợp với các đường viền phôi. Nó làm giảm độ rung được truyền từ bộ tăng áp đến một giá trị cụ thể và áp dụng các lực cần thiết để quá trình hoạt động. Sừng hàn và bộ tăng áp được thiết kế để có chế độ rung dọc trục với tần số mà tín hiệu máy phát dao động.

Các rung động cơ học kết quả bắt đầu tan chảy tại giao diện của hai thành phần nhiệt dẻo. Thuật ngữ được sử dụng để mô tả lượng rung động trong một ngăn xếp siêu âm là “biên độ”. Mỗi loại nhựa nhiệt dẻo sẽ có một phạm vi biên độ cụ thể sẽ bắt đầu tan chảy một cách hiệu quả. Bộ chuyển đổi phù hợp, bộ tăng áp và còi hàn được thiết kế đúng là tất cả chìa khóa để cung cấp biên độ cho một ứng dụng cụ thể cần. Biên độ ngoài phạm vi có thể gây ra các liên kết kém hoặc phá hủy tất cả các vật liệu cùng nhau.

Thử và sai là một cách xác định biên độ hiệu quả nhất của nhựa nhiệt dẻo. Nhưng hầu hết các nhà cung cấp máy hàn siêu âm có dữ liệu biên độ có sẵn cho một loạt các loại nhựa nhiệt dẻo. Ví dụ, polycarbonate đòi hỏi biên độ 18 đến 22 m (0 đến cực đại). Tuy nhiên, các yếu tố khác tác động đến biên độ cần thiết. Chúng có thể bao gồm kích thước của các thành phần nhựa, phần bù từ đầu sừng hàn đến giao diện giữa hai thành phần nhựa và phụ gia trong nhựa dẻo.

Tham khảo kiến thức hàn siêu âm để biết thêm những thông tin hữu ích về thiết kế cũng như các ứng dụng tuyệt vời mà thiết bị này mang lại.

Công nghệ của máy hàn nhựa siêu âm

Máy hàn nhựa có nhiều cài đặt điều chỉnh biên độ, lực và độ phơi sáng. Ba yếu tố này tương tác và ảnh hưởng đến sự thành công hay thất bại của quá trình hàn chảy hoặc hàn nhựa. Nóng chảy nhựa xảy ra khi vật liệu tại giao diện từng phần tan chảy và liên kết các bộ phận với các yêu cầu về độ bền và độ kín cần thiết của lắp ráp.

Biên độ là biểu thức của lượng giãn nở ở cuối sừng hàn từ vị trí tĩnh, được đo bằng micron. Nó có thể được đặt làm giá trị phần trăm, làm tham số quy trình hoặc là vị trí tương đối của nồi. Nó được đo bên ngoài dưới dạng micron (0 đến cực đại, hoặc cực đại đến cực đại) hoặc dưới dạng giá trị thập phân của một inch. Đối với hầu hết các loại nhựa nhiệt dẻo, dữ liệu thực nghiệm cho thấy một phạm vi biên độ nên có ở cuối sừng hàn để đạt được quy trình hàn “bình thường”. Ví dụ, đối với quy trình hàn siêu âm 20 kHz, polystyrene (PS) cần 15 đến 20 m (0 đến cực đại) và polyetylen mật độ cao (HDPE) cần 45 đến 50 m (0 đến cực đại).

Lực là lực tác dụng thực tế ấn vào các bộ phận, được đo bằng Newton, hoặc pound lực (lbf). Lượng lực cần thiết cho một quá trình hàn “bình thường” bị ảnh hưởng chủ yếu bởi kích thước của các bộ phận. Theo nguyên tắc chung, khoảng 1 lbf cung cấp 1 mm năng lượng tuyến tính hướng vào giao diện từng phần. Ví dụ, lắp ráp đường kính 1,5 in cần lực hàn khoảng 120 lbf. Tùy thuộc vào thiết bị, đơn vị đo lực có thể là psig, bar, lbf hoặc Newton (N). Cuối cùng, phơi sáng có thể là giá trị thời gian, giá trị khoảng cách tính theo đơn vị tiêu chuẩn hoặc số liệu hoặc công suất dưới dạng watts, Joules hoặc watt / giây.

Phơi sáng là thời lượng áp dụng rung động và lực, tính bằng giây.

Những tiến bộ trong công nghệ hàn nhựa siêu âm 

Tiến bộ điều chỉnh điện áp đường dây trong máy phát và mô-đun nguồn đảm bảo tín hiệu tần số cao được áp dụng cho bộ chuyển đổi tạo ra biên độ đầu ra nằm trong các thông số kỹ thuật được kiểm soát chặt chẽ. Điều này là rất quan trọng cho quá trình hàn. Biên độ là tham số chính làm cho quá trình hàn hiệu quả. Các thành phần sừng tăng cường và hàn chỉ là các phân đoạn phản ứng của dạng sóng nén trong ngăn xếp. Do đó, biên độ đầu vào từ bộ chuyển đổi phải chính xác để có được biên độ đích ở cuối sừng hàn.

Biên độ của hệ thống cần hiệu chuẩn để duy trì chất lượng và tính nhất quán của mối hàn. Người dùng cần lưu ý mỗi bộ chuyển đổi được sản xuất trong một đặc điểm kỹ thuật chính xác. Đầu ra biên độ của bất kỳ bộ chuyển đổi nào sẽ nằm trong đặc điểm kỹ thuật bất kể máy phát mà nó gắn vào. Điều này cho phép một quy trình được xác thực được thiết lập trên một máy, có lẽ trong phòng thí nghiệm R & D. Quá trình sau đó có thể chuyển sang một máy khác – ví dụ, trong một cơ sở sản xuất khác – với độ tin cậy cao về hiệu suất.

Các cụm van tỷ lệ điều khiển hệ thống khí nén của máy hàn nhựa. Do đó, họ tự động kiểm soát các lực trong suốt quá trình hàn nhựa. Biên độ và lực tương tác. Biên độ mô tả dạng sóng nén được áp dụng cho phôi. Lực mô tả phương pháp chuyển rung động vào phôi. Các điện áp điều khiển của van tỷ lệ được hiệu chỉnh. Hiệu chuẩn này cho phép một giá trị số cho các tham số hàn của lực kích hoạt, lực hàn hoặc lực giữ thể hiện một lực áp dụng thực tế.

Ngoài ra, một bộ chuyển đổi áp suất trong hệ thống van tỷ lệ cung cấp điều khiển vòng kín của áp suất trong xi lanh ổ đĩa. Điều này giúp loại bỏ sự thay đổi trong áp suất không khí đến. Hiệu chuẩn hệ thống cho phép thực hiện các tham số quy trình được xác thực trên nhiều máy. Trong thực tế, có thể có độ tin cậy cao đối với các giao thức xác nhận quá trình được thực hiện với các máy hàn nhựa siêu âm có biên độ và lực hiệu chỉnh.

Phơi sáng được đặt theo phương pháp hàn và là yếu tố tắt mô-đun nguồn. Bốn phương pháp hàn tiêu chuẩn là: thời gian, năng lượng, khoảng cách tương đối và khoảng cách tuyệt đối. Tất nhiên, các nhà sản xuất khác nhau của thiết bị hàn nhựa siêu âm có thể sử dụng các thuật ngữ hơi khác nhau cho các phương pháp này; ví dụ, người ta có thể sử dụng thuật ngữ “sụp đổ” cho khoảng cách tương đối.

Các cụm nhựa được thiết kế đặc biệt để máy hàn siêu âm kết hợp hình học tại giao diện giữa hai hoặc nhiều thành phần giúp bắt đầu nóng chảy nhựa trong khu vực khớp hàn. Những hình học này được dựa trên tiêu chí thiết kế chung tiêu chuẩn. Chúng đại diện cho một khối lượng nhựa được nấu chảy. Khi nhựa nóng chảy và chảy trong khớp, thợ hàn có thể theo dõi khoảng cách mối hàn hoặc sập. Khoảng cách này tương quan mạnh với sức mạnh của mối hàn.

Một số tổ hợp yêu cầu dung sai chặt chẽ trên chiều dài tổng thể (OAL) của phần hoàn thiện. Các sơ đồ phơi sáng dựa trên khoảng cách tuyệt đối sẽ dừng quá trình hàn khi họ thấy giá trị OAL. Đôi khi, tốc độ sản xuất hoặc thời gian trạm hàn trong dây chuyền lắp ráp hoàn toàn tự động quan trọng hơn là tối ưu hóa cường độ của mối hàn. Trong tình huống đó thời gian là phương pháp hàn ưa thích.

Nhiều hệ thống cũng cung cấp năng lượng như một phương pháp hàn. Họ sử dụng một giá trị năng lượng cụ thể được tính toán bởi mô-đun năng lượng. Lưu ý giá trị năng lượng này là lượng năng lượng được sử dụng để duy trì đầu ra biên độ của bộ chuyển đổi. Động lực của việc bắt đầu và duy trì sự tan chảy nhựa trong khu vực thiết kế chung ảnh hưởng đến mức độ cần thiết của bộ chuyển đổi. Nhưng các biến quá trình khác cũng có thể tác động đến các giá trị năng lượng và năng lượng. Đôi khi một giá trị năng lượng tương quan với một mối hàn tốt. Tuy nhiên, thông thường dựa trên quyết định về phương pháp hàn trên dữ liệu từ các thử nghiệm hàn mà nhà cung cấp thiết bị hàn thực hiện.

Máy hàn nhựa siêu âm dùng tốt nhất khi nào?

Một danh sách kiểm tra có thể giúp quyết định xem máy hàn nhựa siêu âm có phù hợp hay không. Khi nghi ngờ, hãy liên hệ ngay với Hamus để được tư vấn.

1. Kiểm tra (các) đặc điểm kỹ thuật của vật liệu: Vật liệu có phải là nhựa nhiệt dẻo không? Nếu hai loại nhựa khác nhau được sử dụng trong lắp ráp, chúng có tương thích không?
2. Tra cứu biên độ cần thiết dựa trên các ứng dụng tương tự.
3. Ước tính hình dạng hoặc thiết kế của sừng hàn: Dựa trên sừng hàn hiện có. Có thiết kế sừng hàn đáng tin cậy làm việc với phôi của bạn?
4. Biên độ tối đa: Hệ thống hàn nhựa có cung cấp thông số phần trăm biên độ không? Có thể đạt được biên độ yêu cầu?
5. Kiểm tra một thiết kế chung thích hợp. Xem xét nếu cần một con dấu “kín”. Cũng đánh giá các yêu cầu về độ bền khớp, tiêu chí ngoại hình, hình dạng bộ phận, khả năng gia công hoặc đúc và giới hạn thông số mối hàn.
6. Tạo mẫu: Kết nối các thử nghiệm bằng cách sử dụng các bộ phận nguyên mẫu và dụng cụ hiện có để có được sự tự tin trong quy trình cuối cùng sớm trong chu kỳ phát triển sản phẩm. Xác minh quy trình bằng cách sử dụng thiết kế thử nghiệm, xác thực quy trình và đưa nó vào sản xuất.

cung cấp máy hàn siêu âm

Máy hàn nhựa bằng sóng siêu âm Hamus

Máy hàn nhựa bằng sóng siêu âm Hamus