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.
|
|
|
| а) – ручной вариант; | б) – стационарный вариант; | в) – внешний вид |
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/см2. Амплитуда 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.
|
|
| а) – конструкция; | б) – внешний вид термопластичных материалов – картриджей |
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.
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.
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).
|
|
|
| а) – конструкция; | б) – внешний вид в корпусе; | в) – внешний вид УЗКС длиной 150 мм |
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.
