Veelvoorkomende problemen en oplossingen voor ultrasoon lassen
Het basisprincipe van ultrasoon lassen is om hoogfrequente elektrische energie om te zetten in hoogfrequente mechanische trillingsenergie. Deze heen en weer gaande trilling wordt overgebracht op de thermoplast of metaal, en wrijving en warmte worden gegenereerd op het grensvlak van plastic en plastic, plastic en metaal of metaal en metaal.
Bij ultrasoon lassen genereert wrijving warmte om twee materiaaloppervlakken samen te smelten. Bij ultrasoon klinken regelt de laskop de stroom van gesmolten kunststof, het vormen en persen van onderdelen. Bij ultrasone moermontage drijft de laskop de metalen moer in het plastic.
Het ultrasoon lassysteem heeft een verscheidenheid aan configuratie-opties, waaronder verschillende frequenties (15Khz-50Khz), verschillende vermogens (600W-4800W) en verschillende vormen, zoals pneumatische ultrasone lasmachines, servo-ultrasone lasmachines, draagbare lasmachines, niet- standaard lasmachines, metalen ultrasone lasmachine enzovoort.
Er zijn veel factoren die het succes van ultrasoon lassen beïnvloeden: mal (inclusief bovenste laskop en onderste onderste mal), frequentie, materiaal, lasontwerp, lasparameters en spuitgieten van onderdelen. In dit artikel introduceren we 5 hoofdfactoren.
1. Frequentie van het lassysteem
De frequentie van een typisch ultrasoon lassysteem is 15 khz, 20 khz, 30 khz, 35 khz en 40 khz. Het is noodzakelijk om een geschikte lasfrequentie te selecteren in overeenstemming met de vereisten van productgrootte, interne componenttypes, sterkte en uiterlijk. Over het algemeen kunt u verwijzen naar de volgende principes:
Gebruik een hoogfrequent 40 kHz lasapparaat voor kleine en nauwkeurige elektronische producten (inclusief printplaten en micro-elektronische componenten) omhulsellassen. 40Khz lasmachine heeft een kleinere amplitude en minimale lasdruk, waardoor schade aan de interne elektronische componenten van het product kan worden voorkomen.
Voor kleine producten die het uiterlijk van een klasse A-oppervlak vereisen. Het is gelast door een 40 Khz lasmachine, wat het uiterlijk kan verbeteren vanwege de kleine amplitude en druk.
Gebruik voor het lassen van middelgrote en grote onderdelen laagfrequente lasapparaten van 15 kHz of 20 kHz.
Voor zachtere materialen zoals PP en dunwandige producten met een slechte stijfheid, wordt een 15Khz-lasmachine met lage frequentie en grote amplitude gebruikt voor lassen.
Voor ver-veldlassen, dat wil zeggen dat de laskop ver weg is van de lasnaad, bijvoorbeeld wanneer deze groter is dan 12 mm, wordt een 15 Khz-lasmachine met lage frequentie en grote amplitude gebruikt voor het lassen.
De 20Khz lasmachine is geschikt voor het lassen van de meeste producten van kleine tot middelgrote afmetingen en is tevens de meest gebruikte ultrasone frequentie.
2. Materiaal
Voor het ultrasoon lassen van kunststoffen is het alleen geschikt voor het lassen van thermoplasten. Omdat ze kunnen smelten in een bepaald temperatuurbereik. Thermohardende kunststoffen worden bij verhitting afgebroken en kunnen niet ultrasoon worden gelast.
De lasbaarheid van thermoplasten is afhankelijk van materiaalstijfheid of elasticiteitsmodulus, dichtheid, wrijvingscoëfficiënt, thermische geleidbaarheid, soortelijk warmtevermogen, glasovergangstemperatuur Tg of smelttemperatuur Tm.
Over het algemeen vertonen stijve kunststoffen uitstekende lasprestaties in het verre veld omdat ze gemakkelijker trillingsenergie kunnen overbrengen. Zachte kunststoffen met een lage elasticiteitsmodulus zijn echter moeilijk te lassen omdat ze ultrasone trillingen dempen. Het tegenovergestelde geldt voor ultrasoon klinken of puntlassen. Hoe zachter het plastic, hoe gemakkelijker het is om te klinken of puntlassen.
Over het algemeen kunnen kunststoffen worden onderverdeeld in twee soorten: niet-kristallijn (amorf) en kristallijn. Ultrasone energie wordt gemakkelijk overgedragen in amorfe materialen, dus amorfe kunststoffen zijn gemakkelijk te ultrasoon lassen. Ultrasone energie wordt niet gemakkelijk overgedragen in kristallijne materialen, dus een grotere amplitude en energie is nodig bij het lassen van kristallijne kunststoffen, en de las moet zorgvuldig worden ontworpen.
Factoren die de soldeerbaarheid verder kunnen beïnvloeden, zijn onder meer het vochtgehalte, losmiddelen, smeermiddelen, weekmakers, vulmiddelversterkers, pigmenten, vlamvertragers en andere additieven, evenals de feitelijke harskwaliteit. Bovendien moet worden opgemerkt dat de mate van compatibiliteit tussen verschillende materialen verschillend is. Sommige materialen hebben een zekere mate van compatibiliteit tussen specifieke kwaliteiten, terwijl andere niet compatibel zijn.
Overweeg ten slotte of het lassen in het nabije veld of in het verre veld lassen is. Wanneer de afstand van de laskop tot de lasribbe minder dan 6 mm is, wordt dit near field lassen genoemd. Groter dan 6 mm' wordt ver-veldlassen genoemd. Hoe groter de afstand, hoe groter de trillingsdemping en hoe moeilijker het lassen.
3. Gelast verbindingsontwerp
De meest kritische en belangrijke factor bij ultrasoon lassen is het ontwerp van de verbinding. Wanneer onderdelen zich in de ontwerpfase bevinden, moeten ingenieurs zorgvuldig overwegen en evalueren. Er zijn verschillende uitvoeringen van lasverbindingen met hun eigen kenmerken en voordelen. De keuze van het ontwerp hangt af van het type kunststof, de geometrie van het onderdeel, lasvereisten, spuitgietmogelijkheden en uiterlijkvereisten.
Typisch voegontwerp:
Driehoekig ontwerp van de energiegeleidende ribbe. Dit is het meest gebruikte ontwerp bij ultrasoon lassen en het gemakkelijkste ontwerp voor spuitgieten. Het wordt gekenmerkt door een kleine verhoogde driehoek in het vlak, de bovenkant van de driehoek is 90 of 60 graden. Omdat het scherpe puntontwerp gemakkelijk is om de trillingsenergie te geleiden en te concentreren, worden het energiegeleidende ribben genoemd.
Stapnaadontwerp, eenvoudig spuitgieten, zelfpositionerende bovenste en onderste delen, hoge lassterkte, gesmolten materiaal stroomt in de verticale opening.
Ontwerp met gegroefde naden, bovenste en onderste delen kunnen zelf worden gepositioneerd, met hoge sterkte, goede afdichtingseigenschappen en geen flitsen aan de binnen- en buitenkant. Het nadeel is dat een bepaalde wanddikte vereist is.
Het ontwerp van de afschuifnaad wordt over het algemeen gebruikt voor het lassen van kleinere producten die een hoge sterkte afdichting vereisen, en is met name geschikt voor het lassen van kristallijne kunststoffen.
Sjaalverbindingen, die meestal worden gebruikt op onderdelen met ronde of elliptische vormen, bieden een hoge sterkte en hoge afdichting en zijn vooral geschikt voor het lassen van kristallijne kunststoffen.
(De bovenstaande gedetailleerde uitleg van het lasontwerp zal worden geïntroduceerd in een vervolgartikel).
Om te bepalen welk lasontwerp geschikt is voor uw product, dient u contact op te nemen met de ingenieur of verkoper van de ultrasone fabrikant.
4. Tooling en laskop
Over het algemeen zullen klanten kiezen voor gereedschappen en laskoppen van hetzelfde merk als de lasmachine. U kunt in feite vrij de tooling en laskop van andere merken kiezen, zolang de frequentie van de laskop maar dezelfde is als die van de apparatuur.
Laskopmaterialen kunnen aluminiumlegering, titaniumlegering en hard gelegeerd staal kiezen. De gereedschapsmaterialen kunnen aluminiumlegering, roestvrij staal en harsvorm kiezen. Houd bij de keuze van een materiaal in het algemeen rekening met het type kunststof, het glasvezelgehalte van het materiaal, de structuur en grootte van de verbinding, de lassterkte en de levensduur. Om bijvoorbeeld de levensduur te verlengen, is de hardmetalen laskop de beste keuze.
Ultrasone laskoppen kunnen worden ontworpen en geoptimaliseerd met FEA (Finite Element Analysis), waardoor ingenieurs het trillings- en stressniveau van de laskop kunnen evalueren voordat ze daadwerkelijk gaan produceren. Het beste ontwerp van de laskop is een uniforme outputamplitude en minimale spanning. In de bovenstaande afbeelding is de afbeelding aan de linkerkant het geoptimaliseerde ontwerp van de laskop aan de voorkant en is de amplitude-output ongelijk. Aan de rechterkant, na optimalisatie, is de outputamplitude uniform.
Bij het ontwerp en de fabricage van de laskop moet de symmetrie zorgvuldig in gedachten worden gehouden - symmetrie van de laskop is cruciaal. Een asymmetrische laskop veroorzaakt niet-axiale trillingen. Radiale trillingen zullen de spanning aanzienlijk verhogen en ervoor zorgen dat de laskop defect raakt.
Een goed ontwerp van gereedschappen is ook erg belangrijk. De tool heeft twee hoofdfuncties: (1) lijn de onderdelen onder de laskop uit; (2) het lasgebied stevig ondersteunen. De stijve ondersteuning helpt de ultrasone energie naar de laspositie te reflecteren, daarom is het gereedschap meestal gemaakt van metalen bewerkingsonderdelen.
Om de slijtvastheid van de laskop te vergroten en de levensduur te verlengen, kan het oppervlak van de laskop worden behandeld met wolfraamcarbide of verchromen. De tooling kan in secties worden ontworpen om beter bij het product te passen.
5. Lasparameters
Tijdens het lasproces hebben lasparameters invloed op het lasresultaat. Deze parameters omvatten amplitude, lasdruk, triggerdruk, lasafstand en lasenergie.
Verschillende soorten kunststoffen vereisen verschillende amplitudes. De amplitude kan worden verfijnd door de percentage-instelling in de software, of kan in een breed bereik worden aangepast door de amplitudemodulator met een andere verhouding te veranderen. De lasdruk kan worden aangepast met een knop of software-instelling. Trigger-druk betekent dat wanneer de laskop op het product drukt en de druk een bepaalde ingestelde waarde bereikt, het apparaat ultrasoon geluid begint uit te zenden. Deze waarde kan worden aangepast via de knop of software-instellingen.
Er zijn verschillende controlemethoden voor het ultrasoon lasproces:
Tijdlasmodus, dat wil zeggen, stel de duur van ultrasoon lassen in.
Afstandslasmodus (positielasmodus), dat wil zeggen, stel de lasafstand of -positie in.
Energielasmodus, die de lasenergie instelt.
Verschillende lasmodi zijn van toepassing op verschillende producten. Plaatlassen past bijvoorbeeld de energielasmodus toe, producten met grote maattoleranties passen de lasmodus voor afstand toe en producten met hoge tolerantie-eisen nemen de positielasmodus aan.
Kunststof ultrasoon lassen is een speciaal proces. In het vroege stadium van de productontwikkeling is het noodzakelijk om samen te werken met de fabrikant van ultrasone apparatuur en de ervaring van de fabrikant van de apparatuur op dit gebied te gebruiken om de productstructuur en het lasontwerp te evalueren en lastests uit te voeren op monsters. Om de opbrengst van de daaropvolgende massaproductie te verbeteren.
