Ultrazvukové svařování a dělení termoplastů od firmy Belson

Ultrazvukové zváranie (ultrasonic welding)
Veľká konštrukčná výhoda termoplastov je, že sa dajú spoľahlivo spájať zváraním. Medzi efektívne metódy zvárania plastov teplom patrí ultrazvukové zváranie.

Príklad pneumatickej ultrazvukovej zváračky firmy Belson

Pevné a spoľahlivé spájanie termoplastických látok sa realizuje pomocou kmitajúceho pracovného nástroja (sonotróda) s frekvenciou 20 000 až 40 000 Hz. Na vytvorenie spoja sa využíva koncentrovaná ultrazvuková energia, ktorá sa generuje ultrazvukovým piezoelektrickým meničom. Pomocou ďalších mechanických transformátorov výchylky (booster, sonotróda) sa privádza do miesta spojovania vo vhodnej veľkosti. Ak na spájané miesto pod sonotródou súčasne pôsobí aj statický tlak (cca 0,2 až 0,3 MPa), dochádza k lokálnemu ohrievaniu, plastifikovaniu, taveniu a následnému premiešaniu spájaných materiálov. Po vychladnutí vznikne pevný spoj. Okrem mechanických požiadaviek spĺňa aj estetické požiadavky.

Detail ultrazvukového zvaru plast – koženka pre automobilový priemysel

Výhody ultrazvukového zvárania:
• okamžitá disponibilita (po zapnutí možno hneď pracovať, netreba nahrievať);
• vysoká reprodukovateľnosť a flexibilita (časovanie, možnosť meniť výkon);
• vysoká ekonomickosť (energia sa dodáva len v krátkom čase – menej ako 2 s);
• nízke požiadavky na čistotu zváraných plôch;
• možnosť zvárať aj materiály, ktoré sú bežnými tepelnými metódami nezvariteľné (plast – koža, koženka, plast – papier);
• nedochádza k masívnemu prehrievaniu zváraných dielov (iba lokálne v mieste zvaru);
• plastové diely možno zvárať aj v miestach, ktoré sú značne vzdialené od miesta, kde sa privádza ultrazvuková energia (zváranie vo vzdialenom poli).

Ultrazvukový generátor a ultrazvukové kmitavé sústavy

Ultrazvukové zváračky sa vyrábajú v dvoch základných vyhotoveniach: pneumatické a ručné.

Ultrazvukové uzly (generátor a menič) sa s úspechom zaraďujú aj do automatizovaných liniek, kde sú vysoké požiadavky na produktivitu, kvalitu a reprodukovateľnosť pri spájaní plastov.

Ultrazvukové zváračky sa vyrábajú s tradičnými pracovnými frekvenciami: 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz a 40 kHz.

Výstupný výkon týchto zariadení sa pohybuje od 20 W až do 3 000 W.

Výber vhodnej frekvencie a výkonu je daný viacerými kritériami a vlastnosťami konkrétnych dielov určených na spájanie (materiál, tvar, veľkosť...).

Ultrazvukové rezanie (ultrasonic cutting)
Nachádza uplatnenie pri rezaní ťažko deliteľných materiálov (kompozitné materiály – kevral a pod.) a materiálov, ktoré sú mäkké a lepivé (napr. nevulkanizovaná guma).

Ultrazvukové rezanie vo všeobecnosti výrazne znižuje sily potrebné na delenie materiálu (až o 75 %!). Vytvára čistý a hladký rez. Pre svoje zaujímavé vlastnosti nachádza uplatnenie aj v potravinárskom priemysle, napríklad pri delení syrov, pizze, štruktúrovaných zákuskov.

V textilnom priemysle ho možno využiť na rezanie materiálov, ktoré obsahujú termoplastický materiál. Pri rezaní tkaných materiálov
dochádza súčasne k zatavovaniu okrajov rezu, čím sa zabraňuje strapkaniu.

Porovnanie rezu: klasický (vľavo) a ultrazvukový rez

Výhody ultrazvukového rezania:
• rez je čistý a hladký, s minimom „omrviniek“;
• dymivosť sa eliminuje na minimum;
• pri predpätých a pletených materiáloch nedochádza pri delení k rozpletaniu;
• ultrazvukové rezanie spotrebuje podstatne menej energie, ako napr. vyhrievané nože;
• v porovnaní s inými technológiami je sila potrebná na rezanie výrazne menšia.

Rezanie nevulkanizovanej gumy pri výrobe pneumatík

Popísané technológie zvárania a delenia pomocou ultrazvukovej energie patria medzi aplikácie výkonového ultrazvuku, ktoré sú v praxi najčastejšie používané. Ultrazvuková energia sa využíva i v ďalších technológiách. Patrí sem ultrazvukové čistenie (cleaning), ultrazvukové zatláčanie (inserting), ultrazvukové rozprašovanie (atomization) a mnoho ďalších. Zaujímavou oblasťou je sonochémia. Ide o modernú rozvíjajúcu sa oblasť chémie. Využíva energiu kavitácie na urýchľovanie reakcií, homogenizáciu, dezintegráciu, emulgáciu a ďalšie fyzikálnochemické procesy.

Web: www.belson-sk.sk

Tel.: 0905 230 687