Penerapan prinsip pemotongan dan pengelasan anyaman ultrasonik
Prinsip Pemotongan dan Pengelasan Ultrasonik
Pemotongan dan pengelasan ultrasonik adalah sub-bidang dari aplikasi ultrasonik di industri, dan penggunaannya semakin meluas karena karakteristiknya yang ramah lingkungan, efisien, dan estetis.
Prinsip pemotongan dan pengelasan ultrasonik
Pemotongan dan pengelasan anyaman ultrasonik memanfaatkan getaran mekanis frekuensi tinggi 20-40kHz, mentransfer energi ke permukaan kontak anyaman melalui kepala pengelasan. 1. Konversi Energi: Generator ultrasonik mengubah energi listrik menjadi getaran mekanis frekuensi tinggi, yang diperkuat oleh transformator amplitudo dan kemudian ditransmisikan ke kepala pengelasan. 2. Pembangkitan Panas Gesekan: Kepala pengelasan menekan anyaman, menyebabkan gesekan frekuensi tinggi antara serat di dalam anyaman, secara instan menghasilkan suhu tinggi lokal 500-1000℃. 3. Pengelasan dan Pemotongan Sinkron: Suhu tinggi melelehkan serat anyaman (seperti nilon dan poliester), sementara tekanan kepala pengelasan memadatkan bagian yang meleleh, membentuk lapisan las yang kuat. Jika digunakan dengan kepala pengelasan dengan mata pisau khusus, suhu tinggi dapat secara bersamaan memotong anyaman, mencapai "pemotongan + pengelasan" terintegrasi. 4. Pendinginan dan Pembentukan: Setelah getaran berhenti, tekanan dipertahankan selama 0,1-0,5 detik, memungkinkan area yang dilas untuk mendingin dan mengeras dengan cepat, menyelesaikan proses pemotongan dan pengelasan. (Sistem pneumatik memberikan bantalan, sekaligus memastikan pendinginan dan pembentukan selama proses pemotongan dan pengelasan.)
Komposisi sistem pemotongan dan pengelasan ultrasonik
Sistem pengelasan plastik ultrasonik yang umum digunakan terdiri dari tiga komponen utama: generator ultrasonik (kotak listrik), transduser ultrasonik (vibrator), dan cetakan ultrasonik (kepala cetakan, kepala pengelasan, klakson).
Generator ultrasonik (kotak listrik), transduser ultrasonik (vibrator), cetakan ultrasonik (kepala cetakan, kepala pengelasan, klakson)
1. Generator ultrasonik (kotak listrik): Mengubah daya listrik utama menjadi keluaran tegangan tinggi dan frekuensi tinggi yang stabil.
2. Transduser ultrasonik (osilator): Perangkat akustik yang mengubah energi, mentransformasikan energi listrik menjadi energi mekanik.
3. Amplifier: Amplitudo getaran mekanis transduser diubah melalui rasio penguatan yang telah dirancang sebelumnya.
4. Cetakan (kepala las, tanduk): Disesuaikan dengan dimensi spesifik sesuai kebutuhan aplikasi pengelasan dan pemotongan, serta dirancang dengan karakteristik akustik untuk memenuhi persyaratan resonansi sistem ultrasonik. Di bawah ini, saya akan menggunakan beberapa rumus untuk menjelaskan fenomena penyetelan parameter dalam aplikasi.
Energi = Amplitudo * Tekanan * Waktu * Konstanta K = Daya * Waktu
Rumus-rumus di atas menunjukkan bahwa dalam pengelasan dan pemotongan, amplitudo gelombang ultrasonik (yang dapat diatur pada generator), tekanan (tekanan udara atau torsi silinder listrik, serta kekakuan dan kekerasan struktur), dan waktu emisi gelombang berkorelasi positif dengan efek pengelasan dan pemotongan. Dengan kata lain, jika produk tidak terpotong dengan baik, parameter-parameter ini dapat disesuaikan secara positif. Apakah ini berarti semakin tinggi parameter-parameter ini, semakin baik? Tentu saja tidak!
P = K∗A∗f∗δ, di mana P mewakili daya pengelasan, dalam W ;
K adalah konstanta yang besarnya berkaitan dengan konduksi suara dan disipasi energi material. Ini berarti bahwa kita biasanya mengatakan bahwa material yang berbeda membutuhkan penyesuaian parameter yang berbeda untuk memenuhi persyaratan.
A Luas area hasil pengelasan diukur dalam meter persegi (㎡). Ini adalah permukaan kontak hasil pengelasan, sehingga panjang dan sudut mata pisau pemotong biasanya menentukan luas area ini.
F adalah frekuensi ultrasonik, artinya secara teori, frekuensi yang lebih tinggi lebih mudah untuk dilas. Namun, secara akustik, semakin tinggi frekuensinya, semakin sulit untuk mencapai amplitudo yang besar; satuannya adalah Hz.
D mewakili amplitudo, diukur dalam meter (m). Secara teoritis, amplitudo yang lebih besar menghasilkan pengelasan dan pemotongan yang lebih baik. Namun, umur kelelahan material logam berkaitan dengan frekuensi, sifat material, tegangan, waktu, tekanan, dan kekerasan, dan oleh karena itu dipengaruhi oleh parameter lain.
Enam faktor yang memengaruhi hasil pemotongan dan pengelasan ultrasonik:
Tekanan + Waktu + Struktur Mekanis + Bahan Produk + Debugging
1. Tekanan pengelasan ultrasonik
Pemberian tekanan yang tepat pada permukaan pengelasan menyebabkan material pengelasan bertransisi dari elastis ke plastis, mendorong interdifusi molekuler, dan menghilangkan udara sisa dari lasan, sehingga meningkatkan kinerja penyegelan permukaan lasan. Tekanan umumnya tidak melebihi 0,5 MPa.
2. Waktu pengelasan/pemotongan ultrasonik (waktu emisi gelombang)
Waktu peleburan yang tepat dan waktu pendinginan yang cukup sangat penting. Dengan keluaran panas yang tetap, waktu yang tidak cukup akan mengakibatkan pengelasan yang tidak sempurna, sedangkan waktu yang berlebihan akan menyebabkan deformasi pada hasil pengelasan, luapan terak, dan terkadang bintik-bintik panas (perubahan warna) di area yang tidak dilas. Sangat penting untuk memastikan bahwa permukaan las menyerap panas yang cukup untuk mencapai keadaan cair sepenuhnya guna menjamin difusi dan fusi molekul yang memadai. Secara bersamaan, waktu pendinginan yang cukup diperlukan agar hasil pengelasan mencapai kekuatan yang memadai.
3. Amplitudo ultrasonik
4. Struktur mekanik
Ketelitian dan stabilitas pembuatan rangka secara langsung memengaruhi efek pengelasan, terutama untuk beberapa produk presisi, di mana struktur mekanis harus sesuai dengan ketelitian produk tersebut.
5. Bahan Produk
Faktor-faktor seperti material bagian yang dilas, strukturnya, ketebalan, dan ketahanan tekanan juga secara langsung memengaruhi hasil pengelasan.
6. Debugging peralatan
Kesimpulannya, agar suatu produk mencapai hasil pemotongan dan pengelasan ultrasonik terbaik, debugging peralatan juga merupakan jaminan penting. Pencocokan dan penyesuaian berbagai parameter yang fleksibel serta debugging di tempat oleh para insinyur memainkan peran penting.