Aplicación del principio de corte y soldadura ultrasónica de cintas
Principio de corte y soldadura ultrasónica
El corte y la soldadura ultrasónicos constituyen un subcampo de las aplicaciones ultrasónicas en la industria, y su uso se ha extendido cada vez más debido a sus características ecológicas, eficientes y estéticamente agradables.
Principio de corte y soldadura por ultrasonidos
El corte y soldadura ultrasónica de cintas utiliza vibración mecánica de alta frecuencia (20-40 kHz), transfiriendo energía a la superficie de contacto de la cinta a través del cabezal de soldadura. 1. Conversión de energía: El generador ultrasónico convierte la energía eléctrica en vibración mecánica de alta frecuencia, que se amplifica mediante un transformador de amplitud y se transmite al cabezal de soldadura. 2. Generación de calor por fricción: El cabezal de soldadura presiona contra la cinta, provocando fricción de alta frecuencia entre las fibras, lo que genera instantáneamente altas temperaturas localizadas de 500-1000 °C. 3. Soldadura y corte simultáneos: La alta temperatura funde las fibras de la cinta (como nailon y poliéster), mientras que la presión del cabezal de soldadura compacta la parte fundida, formando una capa de soldadura resistente. Si se utiliza con un cabezal de soldadura de filo de corte específico, la alta temperatura puede cortar la cinta simultáneamente, logrando un proceso integrado de corte y soldadura. 4. Enfriamiento y conformado: Una vez que cesa la vibración, se mantiene la presión durante 0,1-0,5 segundos, lo que permite que la zona soldada se enfríe y solidifique rápidamente, completando así el proceso de corte y soldadura. (Los sistemas neumáticos proporcionan amortiguación, asegurando también el enfriamiento y el conformado durante el proceso de corte y soldadura).
Composición del sistema de corte y soldadura ultrasónica
El sistema de soldadura ultrasónica de plásticos de uso común consta de tres componentes principales: un generador ultrasónico (caja eléctrica), un transductor ultrasónico (vibrador) y un molde ultrasónico (cabezal de molde, cabezal de soldadura, bocina).
Generador ultrasónico (caja eléctrica), transductores ultrasónicos (vibradores), moldes ultrasónicos (cabezales de moldeo, cabezales de soldadura, bocinas).
1. Generador ultrasónico (caja eléctrica): Convierte la energía de la red eléctrica en una salida estable de alta frecuencia y alto voltaje.
2. Transductor ultrasónico (oscilador): Un dispositivo acústico que convierte la energía, transformando la energía eléctrica en energía mecánica.
3. Amplificador: La amplitud de la vibración mecánica del transductor se modifica mediante una relación de ganancia predefinida.
4. Moldes (cabezas de soldadura, cuernos): Personalizado a dimensiones específicas según las necesidades de las aplicaciones de soldadura y corte, y diseñado con características acústicas que cumplen con los requisitos de resonancia del sistema ultrasónico. A continuación, utilizaré varias fórmulas para explicar el fenómeno de ajuste de parámetros en las aplicaciones.
Energía = Amplitud * Presión * Tiempo * Constante K = Potencia * Tiempo
Las fórmulas anteriores demuestran que, en soldadura y corte, la amplitud de la onda ultrasónica (que se puede ajustar en el generador), la presión (presión de aire o par del cilindro eléctrico, así como la rigidez y dureza estructural) y el tiempo de emisión de la onda están directamente relacionados con el resultado de la soldadura y el corte. En otras palabras, si el corte no es óptimo, estos parámetros pueden ajustarse para obtener un resultado positivo. ¿Significa esto que cuanto mayores sean estos parámetros, mejor? ¡Por supuesto que no!
PAG = K∗A∗f∗δ, donde P representa la potencia de soldadura, en W;
K Es una constante cuya magnitud está relacionada con la conducción del sonido y la disipación de energía del material. Esto significa que solemos decir que distintos materiales requieren un ajuste fino de parámetros diferente para cumplir con los requisitos.
A Representa la superficie de contacto del corte de soldadura, medida en metros cuadrados (m²). Esta es la superficie de contacto del corte de soldadura, por lo que la longitud y el ángulo del filo de corte suelen determinar esta área.
F es la frecuencia ultrasónica, lo que significa que, teóricamente, las frecuencias más altas son más fáciles de soldar. Sin embargo, acústicamente, cuanto mayor es la frecuencia, más difícil es lograr una gran amplitud; la unidad es Hz.
d representa la amplitud, medida en metros (m). Teóricamente, una mayor amplitud resulta en una mejor soldadura y corte. Sin embargo, la vida útil a la fatiga de los materiales metálicos está relacionada con la frecuencia, las propiedades del material, la tensión, el tiempo, la presión y la dureza, y por lo tanto se ve afectada por otros parámetros.
Seis factores que afectan a los resultados del corte y la soldadura ultrasónica:
Presión + Tiempo + Estructura mecánica + Materiales del producto + Depuración
1. Presión de soldadura ultrasónica
La aplicación de la presión adecuada sobre la superficie de soldadura provoca que el material de soldadura pase de ser elástico a plástico, favorece la interdifusión molecular y desplaza el aire residual de la soldadura, mejorando así el sellado de la superficie soldada. Generalmente, la presión no supera los 0,5 MPa.
2. Tiempo de soldadura/corte ultrasónico (tiempo de emisión de onda)
Un tiempo de fusión adecuado y un tiempo de enfriamiento suficiente son esenciales. Con una potencia calorífica fija, un tiempo insuficiente dará como resultado una soldadura incompleta, mientras que un tiempo excesivo provocará deformación de la soldadura, desbordamiento de escoria y, en ocasiones, puntos calientes (decoloración) en las zonas no soldadas. Es fundamental asegurar que la superficie de la soldadura absorba suficiente calor para alcanzar un estado de fusión completa y garantizar una difusión molecular y fusión adecuadas. Al mismo tiempo, es necesario un tiempo de enfriamiento suficiente para que la soldadura alcance la resistencia adecuada.
3. Amplitud ultrasónica
4. Estructura mecánica
La precisión y la estabilidad de la fabricación del bastidor afectan directamente al resultado de la soldadura, especialmente en el caso de algunos productos de precisión, donde la estructura mecánica debe coincidir con la precisión del producto.
5. Materiales del producto
Factores como el material de las piezas a soldar, su estructura, espesor y resistencia a la presión también afectan directamente al resultado de la soldadura.
6. Depuración de equipos
En conclusión, para que un producto logre los mejores resultados de corte y soldadura ultrasónica, la puesta a punto del equipo es una garantía importante. La adaptación y el ajuste flexibles de diversos parámetros, así como la puesta a punto in situ por parte de los ingenieros, desempeñan un papel fundamental.