Elektronika 2012-08 I.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych

Technologia jednoczesnego zgrzewania i cięcia włókninwielowarstwowych w sposób ciągły na przykładzieurządzenia AZW-10mgr inż. Maciej Brylski, mgr inż. Piotr Gawryś, mgr inż. Łukasz Krzemiński,inż. Bohdan MłynarskiInstytut Tele- i Radiotechniczny, WarszawaTechnologia zgrzewania ultradźwiękowego jest jedną z metodłączenia ze sobą termoplastycznych materiałów polimerowych.Metoda ta posiada wiele zalet, które sprawiają, że jest ona corazpowszechniej stosowana – szczególnie w przemyśle. Zgrzewanieultradźwiękowe polega na lokalnym uplastycznianiu i przetapianiumateriału zgrzewanego pod wpływem oddziaływania faliakustycznej o wysokiej częstotliwości – ultradźwięków. Procesłączenia realizowany jest na zgrzewarkach, których konstrukcjai parametry dostosowane są indywidualnie do realizacji procesu.Na konstrukcję zgrzewarki wpływ mają typy materiałów zgrzewanych,ich kształty oraz wymagania jakości połączenia. Zewzględu na zjawiska wykorzystane w zgrzewaniu ultradźwiękowymłączenie odbywa się bez użycia dodatkowych elementówłączących ani substancji chemicznych, co sprawia, że proces tenjest ekologiczny i ekonomiczny. Selektywne oddziaływanie ultradźwiękówzmienia strukturę materiału tylko w punktach styku,co pozytywnie wpływa na estetykę produktu oraz przyczynia siędo niskiej energochłonności procesu, ponadto pozwala uzyskaćodpowiednią szczelność i wytrzymałość mechaniczną spoiny.Proces zgrzewania ultradźwiękowego jest łatwy w automatyzacji,a jego wydajność pozwala na zastosowanie go w produkcjimasowej. Odpowiednio dużą wydajność w przypadku produkcjiwykrojów z wielowarstwowych włóknin z materiałów termoplastycznychmożna uzyskać jedynie w procesie ciągłym. Technologiazgrzewania ultradźwiękowego z jednoczesnym odcinaniemrealizowana w procesie ciągłym kilkakrotnie zwiększa wydajnośćprocesu w porównaniu z procesem zgrzewania sekwencyjnego.Dodatkowo wyeliminowana jest jedna operacja odcinania materiałuzgrzanego, często realizowana poprzez wykrojnik.Analiza procesuOpracowanie nowatorskiego urządzenia, poprawnie realizującegookreślony proces zgrzewania i odcinania z zastosowaniem kowadłaobrotowego, wymagało wcześniejszego przeprowadzeniaszczegółowej analizy tego procesu, której wyniki pozwoliły określićszczegółowe funkcje i wymagania stawiane poszczególnympodzespołom urządzenia. Analiza oparta była na wynikach próbzgrzewania zrealizowanych na kowadle obrotowym z napawa-nymi krawędziami oraz na stanowisku wyposażonym w kowadłoz ostrzami o różnych kątach nachylenia płaszczyzny zgrzewającej.W obydwu stanowiskach badawczych ultradźwięki były emitowaneprzez zestawy ultradźwiękowe zasilane z generatora 20 kHz.Zestaw ultradźwiękowyZastosowany w stanowisku zestaw ultradźwiękowy przedstawionyna rysunku 1, składał się z trzech podstawowych elementów:przetwornika (1), koncentratora drgań (2) oraz sonotrody (3).Przetwornik (1) przetwarza energię elektryczną na fale akustycznąo amplitudzie rzędu 9 μm. Przetworniki pracujące w zestawachdo zgrzewania w sposób ciągły wymagają dobrego chłodzeniaze względu na znaczną ilość energii wydzielającej się naelementach piezoelektrycznych wewnątrz przetwornika. Dlategow przetwornikach zastosowano chłodzenie przepływem sprężonegopowietrza o dużej czystości. Konstrukcje przetwornikówomówiono szerzej w literaturze [1–3].Rys. 1. Widok modelu układu drgającego i jego fizyczna realizacjaFig. 1. View a model of oscillating unit and its physical implementationKoncentrator drgań (2) jest falowodem przekazującymdrgania i wzmacniającym ich amplitudę. Do procesu został dobranykoncentrator o wzmocnieniu 2:1. Oprócz przekazywaniai wzmacniania amplitudy drgań akustycznych z układu przetwornikado sonotrody, koncentrator pełni też rolę elementu,za pośrednictwem którego cały układ drgający mocowany jestw uchwycie.Rys. 2. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej zestawu drgającego dla konfiguracji przetwornik – koncentrator – sonotrodaFig. 2. Measurement of the frequency plot of the vibrating set for the transducer – concentrator – sonotrode configuration46Elektronika 8/2012