Телефон и факс:+7 (3854) 43-25-81
Главная → Применение ультразвука в промышленности → Применение ультразвуковых колебаний для ускорения процессов в полимерных термопластичных материалах → Ультразвуковые колебательные системы для сварки и резки термопластичных материалов

Ультразвуковые колебательные системы для сварки и резки термопластичных материалов

В настоящее время разработан ряд высокоэффективных полуволновых систем (рисунок 5.4) для герметизации методом УЗ сварки, (для применения в ручных и стационарных запаивателях гемоконтейнеров). Материал отражающей накладки – сталь 45, материал излучающей накладки – титановый сплав [5,31]. Коэффициент усиления Mр равен 8–10. Собственная резонансная частота таких систем 44±3,3 кГц. Интенсивность акустического излучения достигает 10–12 Вт/см2.
ручной вариант стационарный вариант внешний вид
а) – ручной вариант; б) – стационарный вариант; в) – внешний вид


Рисунок 5.4 – Полуволновая пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система для сварки термопластичных материалов

Амплитуда колебаний на излучающей поверхности 15–25 мкм. Для выполнения протяженного контурного шва разработаны полуволновые колебательные системы для сварки термопластичных материалов (сварка крышки и корпуса картриджа для фильтрования воды).
Система разработана на базе пьезокерамики ЦТС-23 типоразмера 50х20х6 мм. Материал отражающей накладки – сталь 45, материал излучающей накладки – титановый сплав [31].
Коэффициент усиления Mp равен 15. Собственная резонансная частота системы 44±3,3 кГц. Интенсивность акустического излучения достигает 13 Вт/см2Амплитуда колебаний на излучающей поверхности 25–30 мкм.
Предложена конструкция и разработана колебательная система для выполнения сварных швов сложной конфигурации. Система реализована на базе пьезокерамики ЦТС-23 типоразмера 50х20х6 мм. Материал отражающей накладки – сталь 45, излучающей накладки – сплав Д-16. На рисунке 5.5 показан внешний вид такой колебательной системы с полуволновым активным рабочим инструментом, предназначенным для получения сварного шва сложной формы. Форма шва задается формой излучающей поверхности рабочего инструмента.
Полуволновая пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система для сварки олуволновая пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система для сварки
а) – конструкция; б) – внешний вид термопластичных материалов – картриджей


Рисунок Рисунок 5.5 – Полуволновая пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система для сварки

Коэффициент усиления разработанной системы Mр равен 15. Собственная резонансная частота 22±1,65 кГц. Амплитуда колебаний 25–40 мкм.
Резка материалов, снятие заусенцев является одной из важнейших технологических операций при производстве изделий из полимерных материалов [7]. Для уменьшения деформаций, возникающих при резке полимерных материалов, была создана колебательная система, показанная на рисунке 5.6.
Ультразвуковая колебательная система для резки термопластичных материалов


Рисунок 5.6 – Ультразвуковая колебательная система для резки
термопластичных материалов

Использованы пьезоэлементы марки APC типоразмера 24х13х6 мм. Материал отражающей накладки – сталь 45, материал излучающей накладки – титановый сплав. Нож представляет собой активный рабочий инструмент полуволнового типа и изготовлен из инструментального сплава У-8. Применение конструкции обеспечило амплитуду режущей кромки более 20 мкм. Коэффициент усиления системы Mр равен 15. Собственная резонансная частота системы 44±3,33 кГц.
Для резки листовых материалов и пленок была разработана колебательная система со специализированными инструментами, показанная на рисунке 5.7.
Рисунок 5.7 – Ультразвуковая колебательная система


Рисунок 5.7 – Ультразвуковая колебательная система

В колебательной системе использованы пьезокерамические кольцевые элементы марки APC типоразмера 38х16х6 мм. Материал отражающей накладки – сталь 45, материал излучающей накладки – титановый сплав. Амплитуда колебаний режущей кромки не менее 15 мкм. Коэффициент усиления разработанной системы Mр равен 15. Собственная резонансная частота системы 22±1,65 кГц.
Для сварки термопластичных материалов при упаковке сыпучих и жидких материалов разработан и изготовлен ряд полуволновых пьезоэлектрических систем [5,31]. Конструкция таких систем поясняется рисунком 5.8 а, на котором схематично представлена УЗКС, содержащая пьезоэлементы 1, отражающие резонансные накладки 2 и концентратор 3. Конструктивно система выполнена из параллельно расположенных на формирующей колебания поверхности 4 концентратора 3 и акустически связанных с ней пакетов из чётного количества пьезоэлементов 1 (на рисунке 5.8 а показана колебательная система с двумя пакетами пьезоэлементов).

Пьезоэлектрические ультразвуковые колебательные системы для сварки термопластичных материалов – пленок Пьезоэлектрические ультразвуковые колебательные системы для сварки термопластичных материалов – пленок Пьезоэлектрические ультразвуковые колебательные системы для сварки термопластичных материалов – пленок
а) – конструкция; б) – внешний вид в корпусе; в) – внешний вид УЗКС длиной 150 мм


Рисунок 5.8 – Пьезоэлектрические ультразвуковые колебательные системы
для сварки термопластичных материалов – пленок

На каждом из пакетов, состоящих из четного числа пьезоэлементов (обычно двух или четырех), расположены акустически связанные с ними отражающие накладки 2, противоположная поверхность которых выполнена плоской 5 или ступенчато переменной по длине 6, а размеры и количество ступенек 7 выбраны из условия получения заданной полосы пропускания.
Концентратор 3 имеет узел крепления 8 и оканчивается излучающей колебания поверхностью 9 с рабочим инструментом 10. Формирующая 4 и излучающая 9 поверхностиконцентратора имеют прямоугольную форму одинаковой длины L, а отношение их поперечных размеров D1, D2 выбирается из условия обеспечения заданного коэффициента усиления. Суммарная длина отражающей накладки 2, пакета пьезоэлементов 1 и участка концентратора до узла крепления равна шестой части длины волны колебаний в материале концентратора.
Размеры плавного перехода, и участка с поперечным размером, соответствующим размеру излучающей поверхности, выбрали равной шестой части длины волны колебаний в материале концентратора, причём плавный переход выполнен радиальным.
На рисунке 5.8, б показан внешний вид разработанной колебательной системы c шириной излучающей поверхности 12 мм и длиной излучающей поверхности 360 мм. На рисунке 5.8, в показан упрощенный вариант колебательной системы для сварки термопластичных материалов с длиной формируемого шва не более 150 мм. Коэффициент усиления Mр равен 12. Резонансная частота колебательной системы 22±1,65 кГц. Интенсивность излучения до 15 Вт/см2. Амплитуда колебаний на излучающей поверхности 25–30 мкм.

659305, г. Бийск, ул. Трофимова 27, корп. Б, каб. 101-1

+7 (3854) 43-25-81

vnh@bti.secna.ru