Problemas e soluções comuns de soldagem ultrassônica
O princípio básico da soldagem ultrassônica é converter energia elétrica de alta frequência em energia mecânica de vibração de alta frequência. Esta vibração recíproca é transmitida ao termoplástico ou metal, e o atrito e o calor são gerados na interface de plástico e plástico, plástico e metal, ou metal e metal.
Na soldagem ultrassônica, o atrito gera calor para fundir duas superfícies materiais juntas. Na ressoção ultrassônica, a cabeça de soldagem controla o fluxo de plástico derretido, formando e pressionando peças. Na montagem de porca ultrassônica, a cabeça de soldagem conduz a porca de metal para o plástico.
O sistema de soldagem ultrassônica tem uma variedade de opções de configuração, incluindo diferentes frequências (15Khz-50Khz), diferentes potências (600W-4800W), e várias formas, como máquinas de solda ultrassônica pneumática, máquinas de solda servo ultrassônicas, máquinas de soldagem portátil, máquinas de soldagem não padrão, máquina de solda metalúrgica e assim por diante.
Existem muitos fatores que afetam o sucesso da soldagem ultrassônica: (incluindo cabeça de soldagem superior e molde inferior inferior), frequência, material, design de solda, parâmetros de soldagem e moldagem por injeção de peças. Neste artigo, introduzimos 5 fatores principais.
1. Frequência do sistema de soldagem
A frequência do sistema típico de soldagem ultrassônica é de 15Khz, 20Khz, 30Khz, 35Khz e 40Khz. É necessário selecionar uma frequência de soldagem adequada de acordo com os requisitos do tamanho do produto, tipos de componentes internos, força e aparência. Geralmente, você pode se referir aos seguintes princípios:
Para produtos eletrônicos pequenos e precisos (incluindo placas PCB e componentes microeletrônicos) soldagem de conchas, use uma máquina de solda de alta frequência de 40Khz. A máquina de solda de 40Khz tem menor amplitude e pressão mínima de soldagem, o que pode evitar danos aos componentes eletrônicos internos do produto.
Para pequenos produtos que requerem a aparência da superfície classe A. É soldada por uma máquina de solda de 40Khz, que pode melhorar a aparência devido à pequena amplitude e pressão.
Para a soldagem de peças de médio e grande porte, utilize máquinas de soldagem de baixa frequência 15Khz ou 20Khz.
Para materiais mais macios, como PP, e produtos de paredes finas com baixa rigidez, a máquina de solda de 15Khz com baixa frequência e grande amplitude é usada para soldagem.
Para soldagem de campo distante, ou seja, a cabeça de soldagem está longe da costura de soldagem, por exemplo, quando é maior que 12mm, uma máquina de solda de 15Khz com baixa frequência e grande amplitude é usada para soldagem.
A máquina de solda de 20Khz é adequada para soldar a maioria dos produtos de pequeno a médio porte, e também é a frequência ultrassônica mais utilizada.
2. Material
Para a soldagem ultrassônica de plásticos, só é adequado para soldagem de termoplásticos. Porque eles podem derreter em uma faixa de temperatura específica. Os plásticos termoesquentes degradam-se quando aquecidos e não podem ser soldadas por ultrassônicos.
A soldabilidade dos termoplásticos depende da rigidez do material ou do módulo elástico, densidade, coeficiente de atrito, condutividade térmica, capacidade de calor específica, temperatura de transição de vidro Tg ou temperatura de fusão Tm.
De um modo geral, os plásticos rígidos apresentam um excelente desempenho de soldagem de campo distante porque são mais fáceis de transmitir energia vibração. No entanto, plásticos macios com baixo módulo elástico são difíceis de soldar porque atenuam a vibração ultrassônica. O oposto é verdadeiro para a rebitagem ultrassônica ou soldagem de manchas. Quanto mais macio o plástico, mais fácil é para a soldagem ou soldagem de manchas.
Geralmente, os plásticos podem ser divididos em dois tipos: não cristalino (amorfo) e cristalino. A energia ultrassônica é facilmente transmitida em materiais amorfos, por isso os plásticos amorfos são fáceis de soldar ultrassônicos. A energia ultrassônica não é facilmente transmitida em materiais cristalinos, por isso são necessárias maior amplitude e energia ao soldar plásticos cristalinos, e a solda deve ser cuidadosamente projetada.
Fatores que podem afetar ainda mais a soldabilidade incluem teor de umidade, agentes de liberação de moldes, lubrificantes, plastificantes, melhoradores de enchimento, pigmentos, retardantes de chama e outros aditivos, bem como o grau real de resina. Além disso, deve-se notar que o grau de compatibilidade entre diferentes materiais é diferente. Alguns materiais têm um certo grau de compatibilidade entre graus específicos, enquanto outros são incompatíveis.
Por fim, considere se a soldagem é soldagem de campo próximo ou soldagem de campo distante. Quando a distância da cabeça de soldagem até a costela de solda é inferior a 6mm, é chamada de soldagem de campo próximo. Maior que 6mm' é chamado soldagem de campo distante. Quanto maior a distância, maior a atenuação da vibração e mais difícil a soldagem.
3. Projeto de articulação soldada
O fator mais crítico e importante que afeta a soldagem ultrassônica é o design da articulação. Quando as peças estão na fase de projeto, os engenheiros devem considerar e avaliar cuidadosamente. Existem vários desenhos de juntas soldadas com suas próprias características e vantagens. A escolha do design depende do tipo de plástico, geometria de peças, requisitos de soldagem, capacidades de moldagem por injeção e requisitos de aparência.
Design de articulação típico:
Projeto de costela guia de energia triangular. Este é o design mais usado na soldagem ultrassônica e o design mais fácil para moldagem por injeção. É caracterizado por um pequeno triângulo elevado no plano, o topo do triângulo é de 90 ou 60 graus. Como seu design de ponto afiado é fácil de guiar e concentrar a energia de vibração, é chamado de costelas guiantes de energia.
Design de costura de passo, moldagem de injeção fácil, partes superiores e inferiores auto-posicionados, alta resistência à soldagem, material derretido flui para a abertura vertical.
O design da costura ranhurada, as partes superior e inferior podem ser auto-posicionadas, com alta resistência, boas características de vedação e sem piscar dentro e fora. A desvantagem é que uma certa espessura da parede é necessária.
O design de costura de corte é geralmente usado para soldar produtos de menor porte que requerem vedação de alta resistência, e é especialmente adequado para soldar plásticos cristalinos.
As juntas de cachecol, que geralmente são usadas em peças com formas redondas ou elípticas, fornecem alta resistência e alta vedação, e são especialmente adequadas para soldar plásticos cristalinos.
(A explicação detalhada acima do projeto da solda será introduzida em um artigo de acompanhamento).
Para determinar qual design de solda é adequado para o seu produto, consulte o engenheiro ou vendedor do fabricante ultrassônico.
4. Cabeça de ferramentaria e soldagem
De um modo geral, os clientes escolherão cabeças de ferramenta e soldagem da mesma marca que a máquina de solda. Na verdade, você pode escolher livremente a cabeça de ferramenta e soldagem fornecida por outras marcas, desde que a frequência da cabeça de soldagem seja a mesma do equipamento.
Os materiais da cabeça de soldagem podem escolher liga de alumínio, liga de titânio e aço de liga dura. Os materiais de ferramenta podem escolher liga de alumínio, aço inoxidável e molde de resina. Como escolher um material, geralmente considere o tipo de plástico, o conteúdo de fibra de vidro do material, a estrutura e o tamanho da articulação, a força de soldagem e a vida útil. Por exemplo, para prolongar a vida útil, a cabeça de soldagem de aço de carboneto é a melhor escolha.
As cabeças de soldagem ultrassônicas podem ser projetadas e otimizadas com a FEA (Finite Element Analysis), permitindo que os engenheiros avaliem o nível de vibração e estresse da cabeça de soldagem antes da fabricação real. O melhor design da cabeça de soldagem é ter amplitude de saída uniforme e estresse mínimo. Na imagem acima, a imagem à esquerda é o design otimizado da cabeça de soldagem dianteira, e a saída de amplitude é desigual. À direita, após a otimização, a amplitude de saída é uniforme.
No design e fabricação da cabeça de soldagem, a simetria deve ser cuidadosamente mantida na simetria da cabeça de soldagem mental é crucial. Uma cabeça de soldagem assimétrica causa vibração não axial. A vibração radial aumentará muito o estresse e fará com que a cabeça de soldagem falhe.
Um bom design de ferramentas também é muito importante. A ferramenta tem duas funções principais: (1) alinhar as peças sob a cabeça de soldagem; (2) apoie rigidamente a área de soldagem. O suporte rígido ajuda a refletir a energia ultrassônica para a posição da solda, razão pela qual a ferramentaria é geralmente feita de peças de processamento de metal.
A fim de aumentar a resistência ao desgaste da cabeça de soldagem e aumentar a vida útil, a superfície da cabeça de soldagem pode ser tratada com carboneto de tungstênio ou revestimento de cromo. O tooling pode ser projetado em seções para melhor se adequar ao produto.
5. Parâmetros de soldagem
Durante o processo de soldagem, os parâmetros de soldagem afetarão o resultado da soldagem. Estes parâmetros incluem amplitude, pressão de soldagem, pressão do gatilho, distância de soldagem e energia de soldagem.
Diferentes tipos de plásticos requerem diferentes amplitudes. A amplitude pode ser ajustada pela definição percentual do software, ou pode ser ajustada em uma ampla gama alterando o modulador de amplitude com uma razão diferente. A pressão de soldagem pode ser ajustada por botão ou configuração de software. A pressão do gatilho significa que quando a cabeça de soldagem pressiona o produto e a pressão atinge um certo valor definido, o dispositivo começa a emitir ultrassom. Esse valor pode ser ajustado através do botão ou configurações de software.
Existem vários métodos de controle para o processo de soldagem ultrassônica:
Modo de soldagem de tempo, ou seja, defina a duração da soldagem ultrassônica.
Modo de soldagem de distância (modo de soldagem de posição), ou seja, defina a distância ou posição de soldagem.
Modo de soldagem de energia, que define a energia de soldagem.
Diferentes modos de soldagem se aplicam a diferentes produtos. Por exemplo, a soldagem de folhas adota o modo de soldagem de energia, produtos com grandes tolerâncias dimensionais adotam o modo de soldagem à distância e produtos com altos requisitos de tolerância adotam o modo de soldagem de posição.
Soldagem ultrassônica plástica é um processo especial. No estágio inicial do desenvolvimento do produto, é necessário cooperar com o fabricante de equipamentos ultrassônicos e utilizar a experiência do fabricante do equipamento neste campo para avaliar a estrutura do produto e o projeto da solda, e realizar testes de soldagem em amostras. A fim de melhorar o rendimento da produção em massa subsequente.
