Aplikasi prinsip pemotongan dan kimpalan anyaman ultrasonik

Prinsip Pemotongan dan Kimpalan Ultrasonik

Pemotongan dan kimpalan ultrasonik merupakan sub-bidang aplikasi ultrasonik dalam industri, dan ia telah semakin meluas digunakan kerana ciri-cirinya yang mesra alam, cekap dan menyenangkan dari segi estetik.

Prinsip pemotongan dan kimpalan ultrasonik

Pemotongan dan kimpalan anyaman ultrasonik menggunakan getaran mekanikal frekuensi tinggi 20-40kHz, memindahkan tenaga ke permukaan sentuhan anyaman melalui kepala kimpalan. 1. Penukaran Tenaga: Penjana ultrasonik menukar tenaga elektrik kepada getaran mekanikal frekuensi tinggi, yang dikuatkan oleh transformer amplitud dan kemudian dihantar ke kepala kimpalan. 2. Penjanaan Haba Geseran: Kepala kimpalan menekan anyaman, menyebabkan geseran frekuensi tinggi antara gentian di dalam anyaman, serta-merta menghasilkan suhu tinggi setempat 500-1000℃. 3. Kimpalan dan Pemotongan Segerak: Suhu tinggi mencairkan gentian anyaman (seperti nilon dan poliester), manakala tekanan kepala kimpalan memampatkan bahagian cair, membentuk lapisan kimpalan yang kuat. Jika digunakan dengan kepala kimpalan mata pemotong tertentu, suhu tinggi boleh memotong anyaman secara serentak, mencapai "pemotongan + kimpalan" bersepadu. 4. Penyejukan dan Pembentukan: Selepas getaran berhenti, tekanan dikekalkan selama 0.1-0.5 saat, membolehkan kawasan kimpalan menyejuk dan memejal dengan cepat, melengkapkan proses pemotongan dan kimpalan. (Sistem pneumatik menyediakan kusyen, juga memastikan penyejukan dan pembentukan semasa proses pemotongan dan kimpalan.)

Komposisi sistem pemotongan dan kimpalan ultrasonik

Sistem kimpalan plastik ultrasonik yang biasa digunakan terdiri daripada tiga komponen utama: penjana ultrasonik (kotak elektrik), transduser ultrasonik (penggetar), dan acuan ultrasonik (kepala acuan, kepala kimpalan, tanduk).

Penjana ultrasonik (kotak elektrik) Transduser ultrasonik (penggetar), acuan ultrasonik (kepala acuan, kepala kimpalan, tanduk)

1. Penjana ultrasonik (kotak elektrik): Menukar kuasa utama kepada output frekuensi tinggi dan voltan tinggi yang stabil.

2. Transduser ultrasonik (pengayun): Peranti akustik yang menukarkan tenaga, mengubah tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal.

3. Penguat: Amplitud getaran mekanikal transduser diubah melalui nisbah gandaan yang direka bentuk terlebih dahulu.

4. Acuan (kepala kimpalan, tanduk): Disesuaikan dengan dimensi tertentu mengikut keperluan aplikasi kimpalan dan pemotongan, dan direka bentuk dengan ciri-ciri akustik untuk memenuhi keperluan resonans sistem ultrasonik. Di bawah, saya akan menggunakan beberapa formula untuk menerangkan fenomena penalaan parameter dalam aplikasi.

Tenaga = Amplitud * Tekanan * Masa * Pemalar K = Kuasa * Masa

Formula di atas menunjukkan bahawa dalam kimpalan dan pemotongan, amplitud gelombang ultrasonik (yang boleh ditetapkan pada penjana), tekanan (tekanan udara atau tork silinder elektrik, serta ketegaran dan kekerasan struktur), dan masa pancaran gelombang berkorelasi positif dengan kesan kimpalan dan pemotongan. Dalam erti kata lain, jika produk tidak dipotong dengan baik, parameter ini boleh dilaraskan secara positif. Adakah ini bermakna semakin tinggi parameter ini, semakin baik? Sudah tentu tidak!

P = K∗A∗f∗δ, dengan P mewakili kuasa kimpalan, dalam W;

K ialah pemalar yang magnitudnya berkaitan dengan pengaliran bunyi dan pelesapan tenaga bahan. Ini bermakna kita biasanya mengatakan bahawa bahan yang berbeza memerlukan penalaan halus parameter yang berbeza untuk memenuhi keperluan.

A mewakili luas potongan kimpalan, diukur dalam meter persegi (㎡). Ini adalah permukaan sentuhan potongan kimpalan, jadi panjang dan sudut mata pemotong biasanya menentukan luas ini.

f ialah frekuensi ultrasonik, yang bermaksud secara teorinya, frekuensi yang lebih tinggi lebih mudah dikimpal. Walau bagaimanapun, secara akustik, semakin tinggi frekuensi, semakin sukar untuk mencapai amplitud yang besar; unitnya ialah Hz.

d mewakili amplitud, diukur dalam meter (m). Secara teorinya, amplitud yang lebih besar menghasilkan kimpalan dan pemotongan yang lebih baik. Walau bagaimanapun, jangka hayat lesu bahan logam berkaitan dengan frekuensi, sifat bahan, tegasan, masa, tekanan dan kekerasan, dan oleh itu dipengaruhi oleh parameter lain.

Enam faktor yang mempengaruhi keputusan pemotongan dan kimpalan ultrasonik:

Tekanan + Masa + Struktur Mekanikal + Bahan Produk + Penyahpepijatan

1. Tekanan kimpalan ultrasonik

Tekanan yang sesuai pada permukaan kimpalan menyebabkan bahan kimpalan beralih daripada elastik kepada plastik, menggalakkan resapan molekul dan menggantikan udara sisa daripada kimpalan, sekali gus meningkatkan prestasi pengedap permukaan kimpalan. Tekanan secara amnya tidak melebihi 0.5 MPa.

2. Masa kimpalan/pemotongan ultrasonik (masa pancaran gelombang)

Masa lebur yang sesuai dan masa penyejukan yang mencukupi adalah penting. Dengan output haba yang tetap, masa yang tidak mencukupi akan mengakibatkan kimpalan yang tidak lengkap, manakala masa yang berlebihan akan menyebabkan ubah bentuk kimpalan, limpahan sanga, dan kadangkala tompok panas (perubahan warna) di kawasan yang tidak dikimpal. Adalah penting untuk memastikan permukaan kimpalan menyerap haba yang mencukupi untuk mencapai keadaan lebur sepenuhnya bagi menjamin resapan dan pelakuran molekul yang mencukupi. Pada masa yang sama, masa penyejukan yang mencukupi diperlukan untuk kimpalan mencapai kekuatan yang mencukupi.

3. Amplitud ultrasonik

4. Struktur mekanikal

Ketepatan dan kestabilan pembuatan bingkai secara langsung mempengaruhi kesan kimpalan, terutamanya untuk beberapa produk ketepatan, di mana struktur mekanikal mesti sepadan dengan ketepatan produk.

5. Bahan Produk

Faktor-faktor seperti bahan bahagian yang dikimpal, struktur, ketebalan dan rintangan tekanannya juga secara langsung mempengaruhi kesan kimpalan.

6. Penyahpepijatan peralatan

Kesimpulannya, agar sesuatu produk mencapai hasil pemotongan dan kimpalan ultrasonik yang terbaik, penyahpepijatan peralatan juga merupakan jaminan yang penting. Pemadanan fleksibel dan pelarasan pelbagai parameter serta penyahpepijatan di tapak oleh jurutera memainkan peranan penting.