Способ ультразвуковой сварки пластмассовых деталей кольцевыми швами

 

Изобретение относится к области сварки деталей из термопластических материалов кольцевыми швами. Цель изобретения - повышение производительности процесса при сварке деталей из полиамидов. Для этого зону стыка деталей 1 и 2 разогревают до температуры плавления полимера нормально вводимыми ультразвуковыми колебаниями. После этого одновременно с отключением этих колебаний снижают давление сжатия деталей до 0,09-0,10 от первоначального давления акустического контакта и поворачивают детали относительно друг друга. Поворот детали 1 осуществляют за счет действия тангенциальных составляющих крутильных колебаний, ВВОД1-СМЫХ в деталь 1 с помощью направленных навстречу друг другу инструментов , установленных по касательной к поверхности детали 1 в диаметрально противоположных точках. 11 ил. 2 табл. с (Л Л СО СП оо

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1351811 (51) 4 В 29 С 65/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3996352/23-05 (22) 27.12.85 (46) 15.11.87. Бюл, Ф 42 (71) Омский политехнический институт (72) С,Б.Березнев, И.В.Мозговой, В.Е.Ощепков, А.П.Часовитин и А.И.Бурдель (53) 678.059.4(088.8) (56) ABторское свидетельство СССР

Р 973383, кл. В 29 С 65/08, 1982.

Авторское свидетельство СССР

Р 876473, кл. В 29 С 65/08, 1981. (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ

IU1ACTMACC0BbE ДЕТАЛЕЙ КОЛВЦЕВЬИИ

ИВАМИ (57) Изобретение относится к области сварки деталей из термопластических материалов кольцевыми швами. Цель изобретения — повышение производительности процесса при сварке деталей из полиамидов. Для этого зону стыка деталей 1 и 2 разогревают до температуры плавления полимера нормально ввод сыми ультразвуковыми колебаниями. После этого одновременно с отключением этих колебаний снижают давление сжатия деталей до

0,09-0, 10 от первоначального давления акустического контакта и поворачивают детали относительно друг друга. Поворот де тали 1 о суще ствляют за счет действия тангенциальных составляющих крутильных колебаний, вводимых в деталь 1 с помощью направленных навстречу друг другу инструментов, установленных по касательной к поверхности детали 1 B диаметрально

TIpOTHBOIIOJT0KHbK точках. 11 ил.

2 табл. С::

351811!

130 бр«:!«(1«с (! тп с;- li I-::;: !3 ".;! !<е плЯстl IЯсс 3 имее!Па i< Il(! соб Я31 в 1Пки ультряз!зуком детял«й I!3 I 03!еп!ер— ных материалов, имекпцих у ;.. I è т«:iilp ратурнь!й интервал 3st3

Цель изобретения — пси1! !п.(3не!с п13«изводитeJ

I1a „фиг. 1 изображ«:! «p!;I е с(: прс. (1-вяркт<3.1ьнаго нагрева зс;нь (т. !к(!.;. Ля фиг. 2 — продесс сварки 1!". (1!«! . 3 —, г то же, без контурного «нстpóì««òà вид сверху; на (1«г. -: «5 — харак пс распределения ам«литу,;tb! « . «ы::= ряп у. ры по периметру стыка От «родогьi <:II ,волны; па фиг. б е! 7 -- то епе,. От «а"

I перечь(ае! ВОле(ы, на !!«г, 8 1 1 характер ряспредсления те."! «ря"ур-1101 О пОля В ре 3 уль гята па.!(. pn т: д(. т:1 ли; на фиг, 10 — схе;!а д:(я ря« «т:" угла поворота; на фкг. 11 -,иклагр,,«-уб ма rtpor,есса сварки.

Пя !re pT«II(ax об озн я -:ены, : Р„- II, lL! ленче контакта контур!;сга У" -!Н.сl «уMPH Ta 1 дяВленке !roti та к тя cll я

Рочных УЗ-кнст13Ументо!3, Гс, - Яв.iic-ние сваркii„ (,, -- прод(еьгзе(11< с пь!10с-1, УЗ-колеба1 :r!t, 3надимых норе::":i!:.in, ь,„— продолжительность УЗ--! 0!к!6,Я!!! и вводимых Tait ãåíïèàëü«0; . — г рс1 должительность охляжд«ния;, - «t а. должительно сть ЦIП<ля (.В ярк l..

Спо соб о суще с.твляют следу!оп,и;. 06разом.

Свяривясмы«детали 1 и 2 -!«3 «п яю; между опорой 3 и контурным ннструмсл —,. (. там 4-, СдяВлив aioT с у(иг!е1(м, 06 e c«ечива1ощим неабходимь(й акустическкй контакт между поверхностями Вярква.-— мых деталей и между деталь(о «вал— новодом с одновременным фик:»pn a!tи4

С ем детали 2, прилегак!щей к контурнсму инструменту 4. После этà "(к поверхности подвеске(е!Ой детали 1 ня ряс-стоянки от стыка, ряв. :Ом пn.!(ILIè!I« длины поперечной волны, подво .,Нт по (,о касательной к поверхнссти детали к диаметрально протквапслаж1-:::ым та:!кям два у,пьтразвуковых инструмента 5 и б, рабочие TopLtbI которых. !Ов торя ol форму =-Iяриваемай детали. Т«p!ibi ин-струментов прижимают к по1-«Jxiic! c TI< детали 1 с усилие i, обе спе еивспсц и! необходимый акустический к о! t Tat< T, ВкГпоча!От J 3ЬTрязв JI< и ультряЗBQI<авь:— ко:!«бал«ям«вводимыми нормально ка!!турным !iil c Tpóìeнтом (3, рязогрева,! г зону стыка дс температуры плавлен ия полимера, Отключают уль тр аз в уко-!

3i;ie колебания и снижают давление сжа""! я деталей да сварочного, которое сncòar;JIIiå T до О, О9-0, 10 давления акус:",!"-еского I

"«,тря.звукагые колс.бя!!Ия через инс грументь! 5 и б к г:аз«икающими крут«лье|ыми уль тразвукавымк колеб аниями рязагреняк3т полимер в зоне стыка вьш!е

<е«м пера туры (л аплс е кя, одновременно

1:013арачивяот деталь 1 вместе с опогой 3 вокруг 13х прсдальной оси до с«рад«не«нага угла. Отключа!от ультра-3! уковые кол(6aiil я к охлаждают детали

Ii! p, давлением.

Пре, Вар«тс J:ьный разогрев зоны стык,: да гемпературы и !Явления материала обусловлиг-:ает нахождение r!0»Iwepa л 3т-ой 3ci!«;3 вы(оказ Iяc Tкчнoм сост(:яе!и!!., хотя по периметру с Tbæà наб. юдается череl!Oeанке участков с бс.;,!-Е,п!е!1! и м«1(ь;п«I< температурой (фиг. 5), :!Та обус 1о!3лс llà яличием стоячей прадо. !ь ой воriiib ..0 периметру стыка (1!«! . (3) . . як как «i;lt!6 (ь Ьп1ке потери знергии

P 1313У ко:3ые< !<0:1(. Г Ян ий ПРОисхОДЯт

, . ) . ВЬIC 0!<0 3.!Iа « ÒÈ !Н ОМ СОСТОЯНИИ ПОЛИ мг ря, То 13 301- е (тыка при в!!оде круго! i IIb!õ колебаний температура растет

6;; "рее, чем: а других участках, на-!

<«Ляп;Их«я в с:теклообразном состоянии нормальных условиях.

В "n же время . еравномерный характ«р ряспр«д«ле.!Ия температуры госле в(Ерит«е!ьного нагрева (фиг.5)

c6уславливает возникновение в зоне стыка стоячей г аперечной волны (фиг. б), 3 С 3 1! и К Я IOI!t e и Г p =-."3 " л Ь Т Я Т e P a 3 л 0 Ж Е н И я гран«це ультразвуковой инструмент— полкмер продал ьн(;и волны, проходящей

-i«pc3 инструмент, на продольную и пав !

«речную в пале!мере. Однако длина па«с речной Во-i !ь -:-. два раза меньше про— д«л I!0 волны (фкг.б). Это приводит к г!Олученепо —.о периметру стыка в два

p a 3 а больше.-.: «оп-.иче с тв а участков с ня«болыпим п„-крап..ением температуры

, фкг . 7), чта, 3 свою очередь, обус. (тнлквяет более равномерное распреде-!!.:ли« темпер, турь пэ стыку. Поворот ! n,вижной qe rar(и ва<руг продольной оси (фиг. 8) позволяет усреднить знач -««å темп«рaTypbi па периметру стыка полу"-!Ить р:вномереый характер рас13518 пределения температурного поля (фиг.9).

Значение угла поворота детали, равное углу между соседними пучностями поперечной зоны по периметру стыка, определяется из выражения (2) и поясняется рисунком (фиг.10).

1 Л„„2 Ллп 2 4 D 2 D (1)

10 откуда nr — e —,D, (2) где — угол поворота; длина поперечной волны в полимере;

D — диаметр свариваемого изделия.

Как видно из формулы (2), угол по— ворота уменьшается с увеличением диаметра свариваемых деталей.

Поворот детали осуществляется под действием тангенциальных составляющих крутильных колебаний, которые создают относительно продольной оси детали 1 момент вращения (фиг. 3).

Поворот детали вокруг продольной

20

25 оси позволяет вводить в контакт с ультразвуковыми инструментами новые участки полимера, что обеспечивает в процессе сварки поддержание постоянных условий ввода ультразвуковых колебаний.

Ввод крутильных колебаний на расстоянии от стыка, равном половине длины поперечной волны, обусловлен получением в зоне стыка максимальных попе35 речных колебаний и деформаций, способствующих интенсификации реологических процессов в зоне соединения.

Снижение усилия сжатия деталей до

0,09-0,10 от первоначального обусловлено тем, что давление акустического контакта контурного инструмента всегда больше оптимального давления сварки полиамида, расплав которого харак45 теризуется более низкой вязкостью, чем расплавы других распространенных термопластов.

Использование давления осадки ниже оптимального интервала значений не

50 позволяет удалить из зоны св арки газ овую прослойку, окисленный и деструктированный слой полимера.

Использование давления осадки выше оптимального интервала значений обусловливает вытеснение в грат всего объема расплава полимера, в результате;чего в контакт вступают слои полимера, имеющие температуру ниже тем11

4 пературы плавления и не способные образовать прочного соединения.

Пример. В качестве примера использовали полиамидный баллон (1) с крышкой (2): диаметр баллона 40 мм; толщина стенки 4 мм.

Свариваемые детали 1 и 2 размещают между подвю жой опорой 3 и контурным инструментом 4. Сжимают детали 1 и 2 инструментом 4 под давлением Р„ и фиксируют деталь 1. Подводят к поверхности детали 2 ультразвуковые инструменты 5 и 6 с давлением Р,. Через контурный инструмент вводят ультразвуковые колебания до момента достижения полиамидом в зоне стыка температуры плавления. Отключают ультразвуковые колебания и снижают давление Р„до сварочного Р„, . Через инструменты 5 и 6 вводят ультразвуковые колебания до равномерного образования расплава в зоне стыка. Отключают колебания и охлаждают детали под давлением.

Продолжительность операций процесса сварки определена опытным путем, исходя из условия получения максимальной прочности сварного соединения при минимальном времени сварки. Результаты экспериментов сведены в табл.1.

Время охлаждения 5 с, как и в известном способе-прототипе.

Как видно из табл. 1, оптимальная продолжительность процесса предварительного нагрева составляет 0,5 с, процесса сварки — 1,2 с.

Производительность процесса сварки по известному и предлагаемому способам приведена в табл. 2.

Как видно из табл. 2, производительность сварки по предлагаемому способу выше производительности сварки по известному способу на 1007

14 — 6,7 (— — - — -100) .

6,7

Таким образом, оптимальными режимами сварки по предлагаемому способу являются:

Амплитуда колебаний рабочего торца инструментов, А, мкм 25-30

Частота колебаний

f кГц 20

Длина волны: продольной Л „, мм 60 поперечной Л„„, мм 30

Давление контакта ультразвукового инструмента с поверх1351811

Способ

Время, с сварки

4,0

5 0

5 0

14,0

0,5 л

Isl5.0

6,7 с8

По прототипу

Предлагаемый предварис тельного в нагрева овмест. ращения

Т а б л и ц а 2 о..лаьде цикла ния сварки

„УР у l

/

1 1 )

/ с=

1 7 } с

Щ ), j ) Ф ,1 сФ Ы - -/!

i.)ДР

jI71 Р 7 (4 ваг8

;быгУ

1351811 ос (с)

Яж мим

РиР. 11

Составитель И.Фролова

Редактор А.Маковская Техред M. Ходаннч Корректор О. Кравцова

Заказ 5530/15 Тираж 565 Подпи сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул Проектная 4