Устройство для ультразвуковой сварки

 

Использование: микросварочное технологическое оборудование для сборки радиоэлектронной аппаратуры. Сущность изобретения: способ обеспечивает автоматическое согласование и саморегулирование ультразвуковой УЗ системы и повышение качества сварки. Инструмент упруго перемещается относительно акустических опор, расположенных на торце волновода . Устройство содержит УЗ преобразователь, волновод с инструментом . Фиксатор для инструмента кинематически связан с инструментом. Фиксатор выполнен в виде торсионной балки, расположенной в призматическом пазу инструмента . Свободным концом балка защемлена в проушине, расположенной на торце волновода. Акустические опоры выполнены в виде призматических ножей. 3 ил. со С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (st)s В 23 К 20/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4865712/08 (22) 10.09,90 (46) 30.09,92, Бюл, М 36 (71) Научно-производственное обьединение

"Спектр" (72) В,В, Афанасьев и П.В, Соин (56) А.И. Беляков и др. Метод определения резонансной длины вылета инструмента для УЗ микросварки, Автоматическая сварка, М 4, 1972, с, 69 — 70, Авторское свидетельство СССР М

1248742, кл. В 23 К 20/10, 1986, (54) УСТРОЙСТВО ДЛ Я УЛ ЬТРАЗ ВУКОВОЙ

СВАРКИ (57) Использование: микросварочное технологическое оборудование для сборки радиоэлектронной аппаратуры. Сушность

Изобретение относится к радиоэлектронному машиностроению, в частности к микросварочному технологическому оборудованию, предназначенному для сборки

РЭА.

Известно устройство для ультразвуковой сварки, содержащее, преобразователь, волновод, инструмент и ультразвуковой генератор. Согласование элементов УЗ системы в этом устройстве осуществляется путем регулирования длины вылета инструмента относительно точки закрепления инструмента на волноводе. Инструмент установлен на волноводе с вылетом (расстоянием), измеренным от оси волновода до торца инструмента, предварительно рассчитанным для данной УЗ системы. Затем УЗ систему подключают к диагностической аппаратуре, включают УЗ генератор и определяют выизобретения: способ обеспечивает автоматическое согласование и саморегулирование ультразвуковой УЗ системы и повышение качества. сварки. Инструмент упруго перемещается относительно акустических опор, расположенных на торце волновода. Устройство содержит УЗ преобразователь, волновод с инструментом, Фиксатор для инструмента кинематически связан с инструментом. Фиксатор выполнен в виде торсионной балки, расположенной в призматическом пазу инструмента. Свободным концом балка защемлена в проушине, расположенной на торце волновода. Акустические опоры выполнены в виде призматических ножей. 3 ходные параметры У3 системы, а именно, изменения механического и электрического импедансов в зависимости от геометрических размеров, длины вылета инструмента и упругих его свойств, После такого предварительного диагностирования дают оценку результатов рассогласования УЗ системы.

Определив степень рассогласования, начинают настройку длины вылета инструмента путем перемещений и фиксации инс- трумента в отверстии волновода до тех пор, пока УЗ система не придет в резонанс.

Известно также устройство для УЗ сварки (П), содержащее УЗ-преобразователь, волновод (концентратор) с закрепленным на конце инструментом, фиксатор для крепления инструмента, расположенный в узле смещений поперечных иэгибных колебаний, Инструмент сопрягается с цилиндриче1764898

55 ской сплошной поверхностью посадочного отверстия на волноводе. В качестве фиксатора используется винт, жестко закрепляющий сварочный инструмент в отверстии вол н овода.

Недостатками известных устройств являются: низкая производительность согласования УЗ системы в резонанс ввиду большой трудоемкости ручной подгонки длины вылета инструмента; низкое качество настройки УЗ системы из-за невозможности точного подбора усилия фиксации инструмента крепежным винтом, в результате чего возможен уход УЗ системы из резонанса; отсутствует возможность саморегулирования процесса УЗ сварки, а именно способность системы автоматически выходить из резонанса, т. е. создания режима колебаний инструмента, при котором амплитуда колебаний его торца автоматически изменяется (затухает) в зависимости от возрастающей нагрузки на инструмент; значительные потери акустической энергии, а следовательно низкий КПД, в результате жесткого закрепления инструмента на сплошную поверхность отверстия волновода, приводящего к рассеиванию УЗэнергии.

Целью изобретения является повышение качества сварки и производительности за счет обеспечения автоматического согласования и саморегулирования УЗ системы в процессе сварки, Цель достигается тем, что в устройстве для УЗ сварки, содержащем УЗ преобразователь, волновод с установленным на его торце инструментом, фиксатор рабочего инструмента, расположенный в плоскости смещений поперечных изгибных колебаний, согласно изобретению, волновод снабжен двумя акустическими опорами, выполненными в виде призматических ножей, и закрепленными на конце волновода симметрично относительно его оси, на конце волновода выполнены две проушины, одна из KQTop6lx с наклонным пазом, расположенные в плоскости,перпендикулярной плоскости расположения акустических опор, в рабочем инструменте в плоскости смещений поперечных изгибных колебаний выполнен призматический паз, в котором размещен фиксатор, выполненный в виде торсионной балки, одним концом закрепленной в одной проушине волновода, а другим концом в проушине с наклонным пазом, а рабочий инструмент установлен в акустических опорах.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства для УЗ сварки; на фиг. 2 — схема работы устройства; на фиг, 3 — узел крепления инструмента на акустических опорах вол но вода.

Устройство для ультразвуковой сварки (фиг. 1) содержитультразвуковой (УЗ) преобразователь 1, состоящий из акустической однозвенной развязки 2 и полуволнового переходного стержня 3, волновод 4, рабочий инструмент 5. На конце волновода 4 симметрично его оси закреплены две акустические опоры, выполненные в виде призматических ножей 6 и 7. Расстояние между ножами 6 и 7 составляет Л = Л (2 — Л )3, где Л-- длина волны поперечных изгибных колебаний. Рабочий инструмент 5 установлен с воэможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси волновода 4 в акустических опорах. На конце волновода 4 выполнены две проушины 8 и 9, одна из которых с наклонным пазом 10, и расположены в плоскости перпендикулярной плоскости расположения акустических опор, В рабочем инструменте 5 в плоскости смещений поперечных изгибных колебаний выполнен призматический паз 11, в котором размещен фиксатор, выполненный в виде торсионной балки 12, Торсионная балка 12 одним концом закреплена в проушине 8 волновода 4, а другим концом — в проушине

9 с наклонным пазом 10, Проушина 9 имеет наклонный паз 10, который обеспечивает при приложении нагрузки на преобразователь 1, своими наклонными поверхностями самозатягивание торсионной балки 12 в призматический паз

11 инструмента 5, т. е. обеспечивается автоматическая самофиксация инструмента на призматических ножах 6 и 7, Устройство содержит также устройство программируемого нагружения 13 с шаговым приводом, ультразвуковой генератор (УЗГ) 14 и соединенные с ним ключевое устройство 15 и реле

16 времени, Устройство работает следующим образом. Рабочий торец сварочного инструмента 5 совмещается со свариваемыми элементами (фиг. 1), например с микропроволокой, расположенной на контактной площадке подложки. Затем сварочный инструмент 5 опускается на свариваемые элементы до момента касания с ними.

Процессы автоматической настройки устройства в резонанс и саморегулирование осуществляется за счет автоматической корреляции резонансной длины вылета инструмента 5 относительно призматических

1764898

15 ножей 6 и 7 под действием нагружающего усилия, При нагружении инструмента 5, которое задается устройством программи руемого нагружения 13, реле времени 16 с помощью ключевого устройства 15 включает УЗГ 14. Ультразвуковые колебания, возбуждаемые в УЗ преобразователе 1, передаются в зону сварки. В момент касания инструментом 5 свариваемых элементов и начала его нагружения частота УЗГ 14 начинает изменяться в сторону возникновения резонанса, При нагружении УЗ преобразователя 1 происходит прогиб торсионной балки 12 на величину h (фиг. 2), кинематически связанной с призматическим пазом 11 относительно призматических ножей 6 и 7 на ту же величину h.

В процессе дальнейшего нагружения инструмент 5 занимает положение относительно призматических ножей 6 и 7 (акустических опор) волновода 4,соответствующее резонансу f>, а на рабочем торце — максимальной амплитуде колебаний. Искомое положение инструмента 5 на волноводе 4 регистрируется милливольтметром блока

УЗГ 14. Для повышения качества сварки, т. е. получения более глубокого ультразвукового "провара" соединяемых элементов, после достижения резонанса f> продолжают дальнейшее нагружение, которое создает технологические условия, при которых амплитуда колебаний торца инструмента 5 автоматически изменяется (затухает) в зависимости от возрастающей нагрузки.

При этом величина прогиба торсионной балки 12 увеличивается на величину fp. При дальнейшем увеличении нагружения достигается квазистатическая стабилизация колебательного режима УЗГ 14 и УЗ преобразователя 1 с инструментом 5, т. е. обеспечивается условие равенства в конечной стадии процесса механического импеданса зоны сварки и электрического импеданса источника УЗ колебаний.

Использование предлагаемого устройства УЗ сварки позволяет по сравнению с существующими повысить производител ьность за счет снижения трудоемкости согла сования УЗ системы и саморегулировани. технологических режимов сварки. Кроме тс

ro, обеспечивается стабильное качеств сварки за счет автоматического затухани амплитуды колебаний инструмента с мс мента образования прочного сварного сос ди не н ия, которое создается бл а года р. упругой самофиксирующей конструкции ин струмента и уменьшения потерь УЗ энерги в месте крепления инструмента, Формула изобретения

Устройство для ультразвуковой сварки содержащее ультразвуковой преобразова тель, волновод, на конце которого с возмож ностью перемещения в направлении перпендикулярном оси волновода,установ лен рабочий инструмент, и фиксатор рабо чего инструмента, расположенный плоскости смещений поперечных изгибнь > колебаний, о тл и ч а ю.щ е е с ятем, что. с целью повышения качества сварки и производительности процесса за счет обеспечения автоматического согласования и саморегулирования ультразвуковой системы в процессе сварки, волновод снабжен двумя акустическими опорами, выполненными в виде призматических ножей и закрепленными на конце волновода симметрично относительно его оси, на конце волновода выполнены две проушины, одна из которых с наклонным пазом, расположенные в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения акустических опор, в рабочем инструменте в . плоскости смещений поперечных изгибных колебаний выполнен призматический паз, в котором размещен фиксатор, выполненный в виде торсионной балки, одним концом закрепленной в одной проушине волновода, а другим концом — в проушине с наклонным пазом. а рабочий инструмент установлен в акустических опорах.

17б4898 г „Я

7

12 11 Щг3

Составитель П.Соин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M.Ïeòðoâà

Редактор E,Åãîðîâà

Заказ 3339 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101