Устройство для ультразвуковойсварки термопластов

 

О П И С А Н И Е (п)ЗОБУ%

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со1оз Советских

С щиалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 01.08.79 (21) 2837926/23-05 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.

В 29С 27/08

G 05D 27/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 07.06.81. Бюллетень № 21 (53) УДК 66.012-52 (088.8) (45) Дата опубликования описания 07.06.81

Б. Я. Черняк, Ю. И. Хошев, В. А. Боков, А. М. Тизенгаузен, В. Н. Тихонов, А. И. Исаев и П. А. Мальганбв

Ташкентский автомобильно-дорожный институт и 11аучно.производственное объединение «Технолога (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ

ТЕРМОПЛАСТОВ

Изобретение относится к области сварки термопластов и может быть использовано в процессах ультразвуковой сварки волокнистых материалов, синтетических тканей и мягких пластмасс. 5

Известно устройство для ультразвуковой сварки термопластов, содержащее ультразвуковой генератор, станину с укрепленными на ней механизмом давления и опорой, сварочную головку с волноводом, измери- 10 тельный преобразователь толщины шва, задатчик, элемент сравнения (1).

Однако известное устройство не обеспечивает заданные качества сварного соединения, так как, например, при сварке во- 15 локнистых материалов зачастую наблюдается образование пузырей, наплывов, выплесков расплава на поверхность свариваемых изделий.

Целью изобретения является повышение 20 качества сварных соединений.

Указанная цель достигается тем, что известное устройство для ультразвуковой сварки термопластов, содержащее ультразвуковой генератор, станину с укрепленны- 25 ми на ней механизмом давления и опорой, сварочную головку с волноводом, измерительный преобразователь толщины шва, задатчик, элемент сравнения, дополнительно снабжено блоком формирования швов 30 и блоком стабилизации толщины швов-, причем выход элемента сравнения соединен со входом блока формирования швов, выходы которого соединены со входами ультразвукового генератора и блока стабилизации толщины швов, при этом выходы блока стабилизации толщины швов соединены с механизмом давления.

При этом блок формирования швов может содержать логический элемент, первое и второе реле времени, причем входы и выходы первого и второго реле времени соединены с логическим элементом; блок стабилизации толщины сварных швов может содержать логический элемент, выходы которого через соответствующие электропневматические клапаны соединены с механизмом давления.

Кроме того, волновод и опора могут иметь выступы и профильные канавки, расположенные между ними, при этом по крайней мере один из выступов волновода и опоры могут быть выполнены с высотой, большей высоты остальных выступов на величину, меньшую или равную заданной толщине шва.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — конфигурация рабочих торцов волновода и опоры при односторонней сварке; на фиг. 3—

835791 конфигурация рабочих торцов волноводов при двусторонней сварке.

Устройство для ультразвуковой сварки термопластов состоит из сварочной головки 1, представляющей собой, например, магнитострикционный преобразователь с колебательной системой, оканчивающийся волноводом 2. Сварочная головка жестко связана со штоком пневмоцилиндра механизма 3 давления и уравновешивается противовесом 4. Механизм давления и опора 5 укреплены на станине 6.

Электрическое питание на обмотки сварочной головки подается с выхода ультразвукового генератора 7.

Со сварочной головкой и станиной 6 связаны подвижная и неподвижная части измерительного преобразователя 8, служащего для преобразования расстояния между рабочим торцом волновода 2 и опорой 5 в электрический сигнал, чем достигается постоянное измерение толщины основного сварного шва. Измерительный преобразователь 8 выполнен по схеме дифференциально-трансформаторного датчика перемещений. Выход измерительного преобразователя 8 соединен с одним из входов элемента сравнения 9 толщины шва с заданным значением, которое в виде электрического сигнала подается на другой вход элемента сравнения 9 с задатчика 10 толщины шва.

Устройство имеет блок 11 формирования сварных швов, состоящий из логического элемента 12, первого 13 и второго 14 реле времени, входы и выходы которых подключены к логическому элементу 12. Логический элемент 12 подключен ко всем входам и выходам блока 11, причем входы этого блока соединены с выходами элемента 9, а выходы — с ультразвуковым генератором

7 и блоком 15 стабилизации толщины, швов.

Блок 15 состоит из логического элемента

16, управляющего работой электропневматических клапанов 17 и 18. Управляющие входы клапанов 17 и 18 соединены порознь с выходами логического элемента 16, а пневматические входы их соединены с системой воздушного питания. Пневматический выход клапана 17 соединен с верхней, а клапана 18 — с нижней камерами пневмоцилиндра механизма 3 давления.

Для осуществления односторонней сварки (фиг. 2) волновод 2 и опора 5 имеют сложную конфигурацию рабочих торцов, состоящую из выступов 19 и 20 и профильной канавки 21, расположенной между этими выступами. При необходимости отделения сваренного изделия от поступающего под волновод 2 свариваемого материала 22 один из выступов может иметь большую высоту, чем другой. В этом случае большие выступы служат для образования технологического шва, по которому в дальнейшем производится отрезка свариваемого изделия от материала. Большие высту5

Зо

55 бо

65 пы могут выполняться также в виде режущих кромок, тогда наряду со сваркой производится одновременная отрезка изделия.

При этом режущие выступы имеют высоту, большую сварочных выступов на величину, равную половине толщины сварного шва.

При двусторонней сварке (фиг. 3) вместо опоры 5 используется вторая сварочная головка 23 с волноводом 24, также имеющим выступы и канавки.

Устройство работает следующим образом.

После установки свариваемого материала 22 на опору 5, на вход «опускание» (линия штрих — три точки на фиг. 1) блока 15 стабилизации толщины швов подается внешний сигнал, в результате чего с выхода логического элемента 16 на вход клапана 17 поступает сигнал, переключающий его в положение, при котором воздух из пневмосети (линия волновая на фиг. 1) поступает. в верхнюю камеру пневмоцилиндра механизма 3 давления, При этом сигнал на входе электропневматического клапана

18 отсутствует. В результате этого сварочная головка 1 опускается на свариваемый материал 22, создавая статическое давление.

Затем на вход «включено» (Вкл.) (ступенчатая линия на фиг, 1) ультразвукового генератора 7 подается внешний сигнал на его включение, в результате чего сварочная головка 1 получает питание и начинается процесс сварки.

В процессе сварки происходит деформация зоны ультразвукового воздействия, что приводит к взаимному перемещению сварочной головки 1 и опоры 5, т. е. изменению толщины швов. Это изменение регистрируется измерительным преобразователем 8.

Образующийся при сварке швов между выступами 19 и 20 волновода 2 и опоры 5 (фиг. 2) расплав вытесняется в профильную канавку 21, служащую для формирования дополнительного сварочного шва в виде замкнутой на швы между выступами

19 и 20 оболочки.

Когда толщина шва равна заданному значению, сигналы, поступающие на входы элемента сравнения 9 с выходов измерительного преобразователя 8 и задатчика 10, равны по величине. В результате с выхода элемента сравнения на вход блока 11 формирования сварных швов поступает сигнал.

Этот сигнал передается на вход логического элемента 12, переводящего первое реле времени 13 в режим отсчета времени формирования дополнительного сварного шва.

Одновременно этот сигнал поступает на вход «стабилизации» (сплошная линия на фиг. 1) блока 15 стабилизации толщины швов. В результате этого логический элемент 16 осуществляет отключение электропневматического клапана 17 и последний

835791 перекрывает доступ воздуха из пневмосети в верхнюю камеру пневмоцилиндра механизма 3 давления. Воздух из этой камеры сбрасывается в атмосферу через электропневматический клапан 17.

При этом давления в верхней и нижней камерах пневмоцилиндра механизма 3 равны между собой, веса подвижной части механизма 3 давления и сварочной головки 1 уравновешиваются противовесом 4 и, таким образом, давление на сварной шов полностью снимается. В результате толщина сварного шва стабилизируется и дальнейший процесс сварки происходит при введении ультразвука без статического давления.

Такое введение ультразвука способствует перетеканию расплава в профильные канавки 21 и формированию дополнительного сварного шва. Кроме того, силы и течения, действующие на расплав, находящийся в полости, образованной канавками 21, способствуют образованию качественного профильного утолщения.

По окончании формирования дополнительного шва первое реле 13 выдает сигнал на логический элемент 12, с которого этот сигнал передается на вход «отключено» (линия штрих — две точки на фиг. 1) ультразвукового генератора 7 и отключает ультразвук. Одновременно этот сигнал поступает на вход второго реле времени 14, переводя его в режим отсчета времени охлаждения швов, и на вход «давление» (линия штрих-пунктир на фиг. 1) блока 15 стабилизации толщины шва. При этом с выхода логического элемента 16 на управляющий вход электропневматического клапана 17 подается сигнал, переключающий

его в положение, при котором воздух из пневмосети поступает в верхнюю камеру пневмоцилиндра механизма 3 давления, в результате чего на свариваемый материал

22 повторно оказывается статическое давление. Таким образом происходит охлаждение сварных швов под давлением.

В случае, если достаточно проводить охлаждение сварных швов без давления при стабилизированном значении толщины шва, вход «давление» блока 15 стабилизации толщины шва может быть отключен от выхода блока 11 формирования швов.

По окончании стадии охлаждения с выхода второго реле времени 14 на вход

«подъем» (линия штриховая на фиг. 1) блока 15 стабилизации толщины шва поступает сигнал. При этом логический элемент 16 осуществляет отключение электропневматического клапана 17 и одновременiso включает электропневматический клапан 18. В результате воздух из пневмосети

Зо

60 поступает в нижнюю камеру пневмоцилиндра механизма 3 давления, а из верхней камеры сбрасывается в атмосферу через клапан 17. Сварочная головка 1 поднимается, на чем заканчивается цикл сварки.

Таким образом устройство обеспечивает получение сварных соединений с заданной толщиной шва, формирование выплесков расплава в дополнительный сварной шов, чем достигается повышение качества сварного соединения.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвуковой сварки термопластов, содержащее ультразвуковой генератор, станину с укрепленными на ней механизмом давления и опорой, сварочную головку с волноводом, измерительный преобразователь толщины шва, задатчик, элемент сравнения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения качества сварного соединения, оно дополнительно снабжено блоком формирования швов и блоком стабилизации толщины швов, причем выход элемента сравнения соединен со входом блока формирования швов, выходы которого соединены со входами ультразвукового генератора и блока стабилизации толщины швов, при этом выходы блока стабилизации толщины швов соединены с механизмом давления.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования швов содержит логический элемент, первое и второе реле времени, причем входы и выходы первого и второго реле времени соединены с логическим элементом.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок стабилизации толщины швов содержит логический элемент, два выхода которого через соответствующие электропневматические клапаны соединены с механизмом давления.

4. Устройство по п. 1, отличающеес я тем, что волновод и опора имеют выступы и профильные канавки, расположенные между ними.

5. Устройство по пп. 1 и 4, о т л и ч а ющ е е с я тем, что по крайней мере один из выступов волновода и опоры выполнены с высотой, большей высоты остальных выступов на величину, меньшую или равную заданной толщине шва.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Исаев А. И. Исследование процесса и разработка технологии ультразвуковой сварки технических тканей больших толщин. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М., МВТУ им. Н. Э, Баумана, 1975, с. 86 — 89,