Способ ультразвуковой сварки синтетических материалов


 


Владельцы патента RU 2465138:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к области сварки пластмасс, а именно сварки термопластичных синтетических материалов, и может быть использовано в авиационной промышленности при изготовлении ремней, фалов, строп и т.п. из капроновых лент и шнуров, при изготовлении матов и щеток из синтетических моноволокон, в производстве товаров бытового и широкого потребления из синтетических тканых и нетканых материалов. Технический результат - повышение стабильности качества сварных соединений синтетических материалов. К соединяемым материалам прикладывают статическое давление, пропускают ультразвук. Во время пропускания ультразвука измеряют время и деформацию зоны сварки. С момента включения ультразвука непрерывно рассчитывают отношение перемещения волновода к соответствующему периоду времени пропускания ультразвука, а отключение ультразвука производят после достижения минимального значения этого отношения. 1 табл.

 

Изобретение относится к области сварки пластмасс, а именно сварки термопластичных синтетических материалов, и может быть использовано в авиационной промышленности при изготовлении ремней, фалов, строп и т.п. из капроновых лент и шнуров, при изготовлении матов и щеток из синтетических моноволокон, в производстве товаров бытового и широкого потребления из синтетических тканых и нетканых материалов.

Известно, что для получения сварных соединений методом ультразвуковой сварки со стабильным качеством необходимо точно дозировать вводимую в соединяемые материалы механическую энергию, а для этого надо иметь, кроме других параметров, стабильное качество материала, его структуры и т.п. [см. Волков С.С., Черняк Б.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. 2-е изд., перераб. и дополн. - М.: Химия, 1986, 256 с.; стр.30-31].

Наиболее близкими к предлагаемому способу являются способы сварки с управлением «по деформационному критерию».

Известен способ сварки по фиксированной осадке, когда задается осадка полимера, т.е. глубина вдавливания волновода в свариваемую деталь в результате воздействия статического усилия и ультразвука [см. Волков С.С., Черняк Б.Я. Сварка пластмасс ультразвуком. 2-е изд. перераб. и дополн. - М.: Химия, 1986, 256 с.; стр.30-31].

В простейшем случае отключение ультразвука осуществляется размыкающимися контактом и нажимным штифтом, укрепленными на подвижной и неподвижной части сварочной машины. Расстояние между контактом и штифтом соответствует заданной осадке, величина которой определяется при обработке режимов сварки.

Однако этот известный способ сварки связан с изменением физического состояния полимерного материала при повышении температуры. Так, в самом общем случае процесс деформирования материалов при ультразвуковой сварке включает в себя стадии уплотнения (когда скорость деформирования непрерывно уменьшается), установившегося деформирования (когда скорость деформирования практически постоянна) и катастрофического деформирования (когда скорость деформирования резко возрастает). Последняя стадия может закончиться полным разделением материала на части.

Известен способ, выбранный в качестве прототипа, с управлением «по деформационному критерию» [см. А.С. СССР №710818, В29С 27/08, 1978]. Способ ультразвуковой сварки полимерных материалов включает приложение к соединяемым материалам статического давления, пропускание ультразвука, измерение времени и деформации зоны сварки, во время пропускания ультразвука, по измеряемой деформации зоны сварки и времени в период пропускания ультразвука регистрируют ускорение деформирования и выключение ультразвука производят при достижении ускорения деформирования положительного значения.

Недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является нестабильность качества соединения при использовании способа в производственных условиях. Из-за нестабильности качества материала, структуры, наличия электрических помех и т.п. теоретическая кривая осадки (деформирования или перемещения торца волновода в свариваемый материал) в реальных условиях не является математически «гладкой» и, при двойном дифференцировании, ее переход ускорения через ноль на положительное значение может происходить раньше, чем реальный переход материала под волноводом через сжатое состояние к расплаву. Следовательно, в прототипе для принятия решения о выключении ультразвуковых колебаний используется не сигнал, являющийся аналогом прямого измерения, а результат двойного прохождения этого сигнала через дифференциатор, т.е. приближенный аналог двойного приращения перемещения волновода в материал за единицу времени.

Указанный недостаток устраняется при использовании прямого сигнала - аналога перемещения (осадки) волновода в материал и реального времени от начала включения ультразвуковых колебаний.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение стабильности качества сварных соединений синтетических материалов за счет использования для управления не мгновенных значений отношения приращений перемещения (деформации зоны сварки) к приращению времени, т.е. одинарного и двойного дифференциала, а отношения самих величин перемещения и времени сварки.

Технический результат достигается тем, что способ ультразвуковой сварки синтетических материалов включает приложение к соединяемым материалам статического давления, пропускание ультразвука, измерение времени и деформации зоны сварки во время пропускания ультразвука.

Особенностью является то, что с момента включения ультразвука непрерывно рассчитывают отношение перемещения волновода к соответствующему периоду времени пропускания ультразвука, а отключение ультразвука производят после достижения минимального значения этого отношения.

Способ осуществляют следующим образом.

Осуществление способа проводили при сварке синтетических капроновых лент ЛТК 22-1000, используемых в самолетостроении при изготовлении стропальных сетей, фиксирующих грузы в транспортных самолетах.

Между волноводом и опорой укладывают свариваемые синтетические детали (отрезки ленты). Для приложения к соединяемым материалам статического давления оператор включает пневмопривод, который опускает сварочную головку на свариваемые детали. Затем оператор включает питание сварочной головки, т.е. включает ультразвук. Одновременно на компьютер поступает сигнал о начале процесса сварки. С момента включения ультразвука непрерывно регистрируют перемещения волновода и затем по заданной программе осуществляют расчет отношения перемещения волновода к соответствующему периоду времени.

После достижения наименьшего значения отношения перемещения волновода к соответствующему периоду времени пропускания ультразвука с компьютера подается сигнал на ультразвуковой генератор о прекращении подачи питания на сварочную головку. Затем оператор через пневмопривод поднимает сварочную головку.

С момента включения ультразвука непрерывный расчет отношения перемещения волновода к соответствующему периоду времени пропускания ультразвука позволяет фактически регистрировать тангенс угла наклона деформационной кривой (перемещение волновода под действием сварочного давления в свариваемый синтетический материал, разогреваемый ультразвуком, есть аналог деформации зоны сварки под сварочной головкой) к оси времени (абсцисс). В момент максимального уплотнения под воздействием усилия сжатия и ультразвуковых колебаний рабочего торца волновода деформация синтетического материала минимальна, следовательно, и перемещение волновода минимально, соответственно, и отношение перемещения волновода к соответствующему периоду времени минимально. Уплотненный синтетический материал начинает расплавляться, деформация материала начинает резко расти.

Выключение ультразвука после достижения минимального значения этого отношения обеспечивает выключение ввода энергии в свариваемый синтетический материал после перегиба деформационной кривой зоны сварки, т.е. после образования в зоне сварки достаточного количества расплавленного синтетического материала и начала интенсивного вдавливания.

Таким образом, в своей совокупности все признаки обеспечивают следование прямым реальным процессам, проходящим в зоне сварки, и отключение ультразвука после перегиба деформационной кривой обеспечивает качество соединения. Стабильность качества сварки партии изделий обеспечивается тем, что выключение происходит по деформационной кривой, принадлежащей зоне сварки только каждого изделия.

Способ опробован на ультразвуковой прессовой установке с пневмоприводом от пневмосети 0,5 МПа, с ультразвуковым генератором УЗГЗ-4М и сварочной головкой ПМС15А-18. Регистрацию деформации зоны сварки, т.е. перемещения сварочной головки, осуществляли датчиком перемещений индукционно-трансформаторного типа.

Управление установкой осуществляли системой управления на базе персонального компьютера с оперативной памятью 8,0 Гбайт. Перед началом работы в компьютер ввели программу, обеспечивающую после подачи сигнала о начале процесса сварки регистрацию сигнала с датчика перемещений и отношения его ко времени от начала процесса со сравнением этого отношения с предыдущим. При получении положительной разницы между последующим и предыдущим отношениями, т.е. после достижения наименьшего значения отношения, программа обеспечивает подачу сигнала на отключение питания сварочной головки.

В систему управления включается также адаптер NVL 15, который обеспечивает преобразование аналогового сигнала с датчика перемещений в цифровой код для ввода в компьютер и формирование сигналов управления с компьютера на сварочную установку.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Из представленной таблицы видно, что коэффициент вариаций величины разрывной нагрузки соединений, полученных по предлагаемому способу, почти в 2,5 раза меньше, чем у соединений, полученных по известному способу. Этот результат подтверждает повышение стабильности качества соединений, т.е. достижение заявленного технического результата заявляемого способа.

Способ ультразвуковой сварки синтетических материалов, включающий приложение к соединяемым материалам статического давления, пропускание ультразвука, измерение времени и деформации зоны сварки во время пропускания ультразвука, отличающийся тем, что с момента включения ультразвука непрерывно рассчитывают отношение перемещения волновода к соответствующему периоду времени пропускания ультразвука, а отключение ультразвука производят после достижения минимального значения этого отношения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для ультразвуковой сварки такого типа, объяснение которого дается в ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. .

Изобретение относится к области строительства покрытий грунтовых поверхностей, может быть использовано для изготовления арматуры геотехнической, применяемой для укрепления откосов, конусов мостов, армирования оснований автомобильных дорог, аэродромов, промышленных и строительных площадок, а также береговых линий, русел водоемов и т.п.

Изобретение относится к устройствам для сварки. .

Изобретение относится к устройствам для ультразвуковой сварки. .

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления ячеистой георешетки из двусторонне текстурированных и перфорированных лент из полиэтилена высокой плотности.

Изобретение относится к устройству для ультразвуковой сварки. .

Изобретение относится к устройству и способу получения сварного шва на фольговом пакете. .

Изобретение относится к способу и устройству для изготовления эластичной ткани. .

Изобретение относится к ультразвуковой головке. .

Изобретение относится к способу создания отверстий с расплавленными краями в рулонном материале

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для изготовления композитной структуры из армированного волокном термопластичного материала. Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение скорости и эффективности укладки и объединения слоев термопластичного материала. Технический результат достигается способом изготовления армированной волокном термопластичной композитной структуры, который включает помещение первого слоя армированного волокном термопластичного материала на второй слой армированного волокном термопластичного материала. Затем обеспечивается местный нагрев части, по меньшей мере, верхнего слоя термопластичного композиционного материала. После обеспечивается местное введение энергии ультразвуковых волн в нагретую часть термопластичного материала для осуществления ультразвукового объединения армированного волокном термопластичного материала. Причем часть армированного волокном термопластичного материала локально нагревают до температуры в диапазоне от температуры стеклования и до температуры, на 5°C превышающей температуру, соответствующую максимальному значению тангенса дельта термопластичного материала. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технологии и оборудованию для изготовления слоистых изделий из разнородных листовых термопластичных материалов и преимущественно может быть использовано для полуавтоматической сборки в пакет методом одномоментного точечного термического сваривания тканых и волокнистых слоев фильтрующих и сорбционно-фильтрующих материалов в технологическом цикле изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания, прежде всего легких респираторов. Устройство для сборки респираторов содержит станину, привод, установленный на станине узел главного штока, находящегося во взаимодействии с приводом. На главном штоке установлен консольный рычаг, с установленной на нем формующей головкой с прижимной плитой и штоком, закрепленным в прижимной плите и консольном рычаге. На станине установлено формующее гнездо, включающее установленный на станине сварочный узел, снабженный установленными по окружности сварочными наконечниками. На станине установлен на пружинах над сварочным узлом опорный стол с отверстиями, выполненными напротив сварочных наконечников сварочного узла. На станине установлена кольцевая оправа с клавишными рычагами с прижимными наконечниками, радиально размещенными на кольцевой оправе, кольцо, находящееся во взаимодействии с приводом с возможностью осевого перемещения и снабженное установленными напротив клавишных рычагов подпружиненными упорами. Согласно изобретению сварочный узел выполнен в виде совокупности ультразвуковых преобразователей, привод главного штока выполнен в виде установленного на станине цилиндра с поршнем, соединенным с главным штоком, привод кольца выполнен в виде, по меньшей мере, трех цилиндров с поршнями, установленных на станине по окружности, концентричной окружности установки сварочных наконечников, а кольцо установлено на штоках поршней. Изобретение обеспечивает повышение качества изготавливаемых респираторов, а также улучшение эксплуатационных свойств устройства для сборки респираторов. 10 з.п. ф-лы, 5 ил.

Группа изобретений относится к способу крепления соединителя в легком строительном элементе и соединителю для использования в способе. Соединитель содержит втулку и поршень, имеющий стержневую часть, причем стержневая часть направляется втулкой. Поршень и/или втулка содержит термопластичный материал по меньшей мере на участке стыка верхней части поршня с втулкой. Способ включает в себя следующие этапы: берут соединитель, выполняют в первом конструктивном слое легкого строительного элемента сквозное отверстие и вставляют соединитель через сквозное отверстие до тех пор, пока его дальний конец не упрется во второй конструктивный слой. При этом упереться во второй конструктивный слой может либо втулка, либо поршень, либо оба элемента, то есть и втулка, и поршень. Также способ включает этап, на котором поршень прижимают по направлению к дальнему концу и вводят в него механические колебания, в результате чего происходит расплавление частей из термопластичного материала на участке стыка втулки с поршнем. При этом внешняя граница участка стыка примыкает к периферической стенке отверстия (или немного удалена от нее). Расплавленный материал течет в радиальном направлении за пределы границы и проникает в структурные элементы первого конструктивного слоя и/или растекается вдоль внутренней поверхности первого конструктивного слоя (т.е. вдоль поверхности, обращенной ко второму конструктивному слою). Части из термопластичного материала после повторного затвердевания образуют совместно с первым конструктивным слоем неподвижное соединение. Технический результат, достигаемый при использовании соединителя по изобретению, заключается в обеспечении необходимой прочности соединения легких строительных элементов. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 22 ил.

(57) Изобретение относится к области сварки пластмасс, а именно к устройству шовной ультразвуковой сварке полимерных материалов при получении длинномерных швов. Устройство содержит валик (6), который расположен на подпружиненном кронштейне (11), длина которого равна малой стороне неравностороннего треугольника, в котором средней по длине стороной его является штанга, а длинная сторона составляет сумму длин штанги и радиуса рабочей поверхности валика. Кронштейн (11) шарнирно связан со штангой 12, которая посредством втулки 13 соединена с осью 14. Длина штанги равна радиусу устройства. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей путем повышения стабильности прочностных показателей по всей длине протяженных сварных соединений пленочных полимеров. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Устройство может быть использовано для изготовления цилиндрических трубок из пластика или металлопластика для газонаполненных дрейфовых детекторов ионизирующего излучения. Рабочий орган для ультразвуковой сварки представляет собой сонотрод со сферической рабочей поверхностью и установлен с возможностью его прижатия во время сварки к наковальне. Подающая бобина снабжена регулируемым натяжителем ленты. Упор для формирования ленты в U-образный профиль имеет регулировочный узел для точного позиционирования продольных кромок заготовки трубки относительно сонотрода и наковальни. Фильера имеет средство для точного позиционирования ее относительно наковальни. Устройство снабжено кареткой для закрепления в ней конца трубки, которая имеет возможность перемещения по направляющей для вытягивания трубки. Каретка снабжена соплом для подачи газа под избыточным давлением в сваренную часть трубки. Полученные трубки имеют минимально возможную толщину, обладают достаточной прочностью для эксплуатации при рабочем давлении газа внутри трубки. Максимально увеличена гладкость внутренней поверхности сварного шва за счет исключения свисания его кромки по всей длине. Изготовленные с помощью устройства трубки обеспечивают малое искажение электрического поля внутри, что положительно влияет на эффективность работы детектора. 5 ил.

Сонотрод // 2564343
Сонотрод (1) содержит: головку (15), которая определяет запечатывающую поверхность (14), продолжающуюся вдоль первого направления (А), и первое и второе приводное устройство (12), отделенные друг от друга. Каждое приводное устройство содержит по меньшей мере один пьезоэлектрический элемент (13). При этом первое и второе приводное устройство (12) может обеспечиваться электричеством посредством единого генератора с возможностью порождения осцилляции головки (15). Высота (Н) головки (15), измеренная вдоль второго направления (В) перпендикулярно к уплотняющей поверхности (14), по существу равна половине длины волны, осциллирующей в направлении второго направления (В). Кроме того, сонотрод (1) содержит по меньшей мере один паз (23), который продолжается через головку (15) перпендикулярно к первому и второму направлению (А, В). По меньшей мере сонотрод содержит конечное число узловых точек (20), в которых амплитуда осцилляции головки (15) по существу равна нулю, и плоскость (Р), на которой лежат по меньшей мере несколько узловых точек (20), и которая делит головку (15) на первый участок (21) и на второй участок (22). При этом паз (23) находится на определенном расстоянии рядом с плоскостью (Р). Технический результат, достигаемый при использовании сонотрода по изобретению, заключается в том, чтобы он производил достаточно длинную запечатывающую полоску, и при этом вибрация которого практически не подвержена воздействию дополнительных паразитных частот. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к инструменту для прикрепления опоры для оборудования к оболочке из пластикового материала части кузова транспортного средства. Оборудование относится к такому типу, который должен поддерживаться опорой, прикрепленной к оболочке, и быть обращенным к отверстию, выполненному в указанной оболочке. Инструмент содержит штамп, съемник, в котором скользит штамп, пресс-форму, в которую проникает штамп для пробивания оболочки и образования отверстия, и несущее устройство для опоры в виде детали, имеющей форму для принятия опоры, зацепленной вокруг несущего устройства для опоры и для ее поддерживания в конечном положении относительно оболочки за счет указанного зацепления. Пресс-форма представляет собой конец несущего устройства для опоры, обращенный к штампу. Инструмент снабжен крепежным средством для прикрепления опоры к оболочке при зацеплении на несущем устройстве для опоры. Изобретение обеспечивает прикрепление вспомогательных устройств для обеспечения помощи при парковке транспортного средства. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх