Elektronika 2012-08 I.pdf - Instytut Systemów Elektronicznych

kowadła oraz kąt między nimi. W zaprojektowanym do badańkowadle zastosowano ostrza z kątami pochylenia płaszczyznyzgrzewającej 40, 50 i 60 stopni.Optymalny kąt krawędzi zgrzewającej jest zależny od rodzajumateriału zgrzewanego, a zastosowanie trzech różnych wartościpozwoliło analizować proces zgrzewania i cięcia dla różnychmateriałów. Kowadło zostało osadzone za pośrednictwem precyzyjnych,ceramicznych (zapewniających izolację elektryczną)łożysk tocznych w podporach. Ze względu na statyczne obciążeniew punktach ułożyskowania wpływ luzu łożysk na proceszgrzewania można całkowicie pominąć. Kowadło to było napędzanesilnikiem zasilanym za pomocą falownika, co pozwoliło naprecyzyjną regulację prędkości obrotowej kowadła. Do realizacjijednoczesnego cięcia i zgrzewania z użyciem kowadła wieloostrzowegoniezbędne jest równoległe usytuowanie płaszczyznystycznej ostrzy z płaszczyzną sonotrody oraz zachowanie stałegoodstępu między nimi. Z tego też powodu zostały bardzo wysokopostawione wymagania tolerancji położenia, płaskości i kątóworaz wymóg precyzyjnej regulacji położenia kowadła względempodstawy stanowiska. Ponadto zrealizowane zostało podnoszeniezestawu ultradźwiękowego i możliwość regulowania siłydocisku. Wymagało to zastosowania precyzyjnych prowadnicliniowych oraz siłownika zasilanego z regulatora sterowanegoelektronicznie. Testowe stanowisko do realizacji procesu jednoczesnegocięcia i zgrzewania przedstawione zostało na rys. 4.Rys. 4. Stanowisko realizujące proces ciągły zgrzewania ultradźwiękowegoz odcinaniem przy użyciu kowadła obrotowegoFig. 4. The stand of implementing the process of continuous ultrasonicwelding with cut-off using a rotary anvilBadania i analiza wynikówProces został przeprowadzony na stanowisku do ultradźwiękowegozgrzewania i wycinania z zastosowaniem kowadła obrotowego.Proces polegał na pocięciu na pasy i zgrzaniu ze sobą włókninywielowarstwowej składającej się z sześciu warstw. Cięcie realizowanebyło przez trzy ostrza o różnej geometrii, wykonane na kowadleobrotowym. Sterowanie układem drgającym odbywało sięw trybie stałej mocy z realizacją miękkiego startu poprzez zadaniekrzywej zgrzewania, która w tym przypadku zdefiniowana zostałapoprzez jeden punkt określający czas osiągnięcia nominalnejmocy oraz wartość tej mocy.48Rys. 5. Zdjęcia mikroskopowe linii cięcia przy wartościach ciśnienia0,28, 0,32 i 0,35 MPa w powiększeniu 20xFig. 5. Microscopic photographs of the cut line at pressures 0.28,0.32, 0.35 MPa at 20x magnificationW celu ustalenia właściwej wartości ciśnienia dla siłownikadociskającego układ drgający do regulowalnej podpory dystansowej,ustalającej szczelinę pomiędzy powierzchnią sonotrody,a powierzchnią ostrza kowadła, wykonywano zmiany ciśnieniadla stałej wartości szczeliny i obserwowano wpływ ściskania materiałumiędzy sonotrodami, a powierzchnią ostrza kowadła naprzebieg procesu wycinania. Na rys. 5 zostały pokazane zdjęciaśladu ostrza kowadła wykonane pod mikroskopem dla trzechwartości ciśnienia. Od lewej strony widoczna włóknina przeciętaprzy ciśnieniu 0,35 MPa, środkowa przecięta przy 0,32 MPa,a z prawej strony widoczny jest zgrzew bez efektu przecięcia,zrealizowany przy ciśnieniu 0,28 MPa.Dobór właściwego wymiaru szczeliny dzielącej powierzchnięroboczą sonotrody od ostrza tnąco- zgrzewającego kowadła jestniezbędny dla prawidłowego przebiegu procesu. Ustawienie zbytdużej szczeliny wymusza pracę zestawów ultradźwiękowych namax. amplitudach, a co za tym idzie – szybkie ich zużywanie.Natomiast za mały wymiar szczeliny na podporze dystansowejumożliwia bezpośredni kontakt powierzchni roboczej sonotrodyz ostrzem kowadła, co w krótkim czasie doprowadzi do uszkodzeniazestawu ultradźwiękowego, a ponadto jest powodem powstawaniazmarszczeń materiału.Na rysunku 5 zaobserwować można, że dla wszystkich testowanychwartości ciśnień proces zgrzewania realizowany był poprawnie,natomiast proces odcinania widoczny jest dopiero przyciśnieniu większym niż 0,32 MPa. Najlepszy efekt obserwowanybył dla wartości ciśnienia 0,35 MPa, które gwarantowało stałyzgniot materiału, tworzywo ulegało przetopieniu i rozpływało sięw kierunku krawędzi zgrzewu. Dla materiałów o innej grubości jaki sprężystości niezbędnym będzie dobranie odpowiedniej wartościszczeliny oraz wartości ciśnienia.Na rysunku 6 przedstawione zostały zdjęcia mikroskopoweefektu procesu jednoczesnego zgrzewania i cięcia uzyskane dlaróżnych kątów pochylenia płaszczyzny zgrzewającej względempowierzchni tnącej. Od lewej strony pokazany jest obraz uzyskanydla płaszczyzny zgrzewającej pochylonej pod kątem 40°.Linia ta charakteryzuje się najszerszym przetopieniem materiału,przez co uzyskany został najmocniejszy zgrzew, ale jednocześniezgrzana krawędź włókniny była twarda i ostra, co przyzastosowaniu włókniny do produkcji środków ochrony osobistejmogłoby powodować uszkodzenia skóry. Na środkowym obraziewidoczna jest linia cięcia wykonana na płaszczyźnie zgrzewającejpochylonej pod kątem 50°. W tym przypadku szerokość przetopionegomateriału jest mniejsza, pomimo tego wytrzymałośćzgrzewu jest porównywalna. Wszystkie warstwy włókniny są zesobą połączone (zgrzane), a krawędź zgrzewu, ze względu namniejszą szerokość przetopienia materiału jest gładka i elastyczna.Jakość zgrzewu w tym przypadku spełnia wymagania estetycznei wytrzymałościowe. Linia cięcia przedstawiona z prawejstrony zdjęcia, wykonana była na płaszczyźnie zgrzewającej pochylonejpod kątem 60°. Dla tego kąta pochylenia uzyskano niedostatecznąwytrzymałość połączenia. Zewnętrzne warstwy włókninybyły miejscami niedogrzane, w tych miejscach następowałooddzieranie się wierzchnich warstw od warstw wewnętrznych.Elektronika 8/2012