Masalah umum pengelasan ultrasonik dan solusinya
Prinsip dasar pengelasan ultrasonik adalah mengubah energi listrik frekuensi tinggi menjadi energi mekanik getaran frekuensi tinggi. Getaran bolak-balik ini ditransmisikan ke termoplastik atau logam, dan gesekan serta panas dihasilkan pada antarmuka plastik dan plastik, plastik dan logam, atau logam dan logam.
Dalam pengelasan ultrasonik, gesekan menghasilkan panas untuk menggabungkan dua permukaan material menjadi satu. Dalam memukau ultrasonik, kepala pengelasan mengontrol aliran plastik cair, membentuk dan menekan bagian. Dalam pemasangan mur ultrasonik, kepala pengelasan menggerakkan mur logam ke dalam plastik.
Sistem pengelasan ultrasonik memiliki berbagai opsi konfigurasi, termasuk frekuensi yang berbeda (15Khz-50Khz), kekuatan yang berbeda (600W-4800W), dan berbagai bentuk, seperti mesin las ultrasonik pneumatik, mesin las ultrasonik servo, mesin las genggam, non- mesin las standar, mesin las ultrasonik logam dan sebagainya.
Ada banyak faktor yang mempengaruhi keberhasilan pengelasan ultrasonik: cetakan (termasuk kepala las atas dan cetakan bawah bawah), frekuensi, material, desain las, parameter pengelasan, dan cetakan injeksi bagian. Dalam artikel ini, kami memperkenalkan 5 faktor utama.
1. Frekuensi sistem pengelasan
Frekuensi sistem pengelasan ultrasonik khas adalah 15Khz, 20Khz, 30Khz, 35Khz dan 40Khz. Anda perlu memilih frekuensi pengelasan yang sesuai dengan persyaratan ukuran produk, jenis komponen internal, kekuatan dan penampilan. Secara umum, Anda dapat mengacu pada prinsip-prinsip berikut:
Untuk pengelasan shell produk elektronik kecil dan presisi (termasuk papan PCB dan komponen mikroelektronik), gunakan mesin las 40Khz frekuensi tinggi. Mesin las 40Khz memiliki amplitudo yang lebih kecil dan tekanan pengelasan minimum, yang dapat menghindari kerusakan pada komponen elektronik internal produk.
Untuk produk kecil yang membutuhkan tampilan permukaan Kelas A. Itu dilas oleh mesin las 40Khz, yang dapat meningkatkan penampilan karena amplitudo dan tekanan yang kecil.
Untuk pengelasan bagian berukuran sedang dan besar, gunakan mesin las 15Khz atau 20Khz frekuensi rendah.
Untuk bahan yang lebih lembut seperti PP, dan produk berdinding tipis dengan kekakuan yang buruk, mesin las 15Khz dengan frekuensi rendah dan amplitudo besar digunakan untuk pengelasan.
Untuk pengelasan medan jauh, yaitu kepala pengelasan jauh dari lapisan pengelasan, misalnya, bila lebih besar dari 12mm, mesin las 15Khz dengan frekuensi rendah dan amplitudo besar digunakan untuk pengelasan.
Mesin las 20Khz cocok untuk mengelas sebagian besar produk berukuran kecil hingga sedang, dan juga frekuensi ultrasonik yang paling banyak digunakan.
2. Bahan
Untuk pengelasan plastik ultrasonik, hanya cocok untuk pengelasan termoplastik. Karena mereka bisa meleleh dalam kisaran suhu tertentu. Plastik termoseting mengalami degradasi saat dipanaskan dan tidak dapat dilas dengan ultrasonik.
Kemampuan las termoplastik tergantung pada kekakuan material atau modulus elastisitas, densitas, koefisien gesekan, konduktivitas termal, kapasitas panas spesifik, temperatur transisi gelas Tg atau temperatur leleh Tm.
Secara umum, plastik kaku menunjukkan kinerja pengelasan medan jauh yang sangat baik karena lebih mudah mengirimkan energi getaran. Namun, plastik lunak dengan modulus elastisitas rendah sulit untuk dilas karena meredam getaran ultrasonik. Kebalikannya berlaku untuk pengelasan memukau atau spot ultrasonik. Semakin lembut plastiknya, semakin mudah untuk pengelasan memukau atau spot.
Secara umum, plastik dibedakan menjadi dua jenis: non kristalin (amorf) dan kristalin. Energi ultrasonik mudah ditransmisikan dalam bahan amorf, sehingga plastik amorf mudah untuk pengelasan ultrasonik. Energi ultrasonik tidak mudah ditransmisikan dalam bahan kristal, sehingga diperlukan amplitudo dan energi yang lebih besar saat mengelas plastik kristal, dan pengelasan harus dirancang dengan cermat.
Faktor-faktor yang selanjutnya dapat mempengaruhi kemampuan solder termasuk kadar air, bahan pelepas cetakan, pelumas, peliat, penambah pengisi, pigmen, penghambat api dan aditif lainnya, serta kelas resin yang sebenarnya. Selain itu, perlu diperhatikan pula bahwa derajat kesesuaian antar material berbeda-beda. Beberapa bahan memiliki tingkat kesesuaian tertentu antara nilai tertentu, sementara yang lain tidak sesuai.
Terakhir, pertimbangkan apakah pengelasan tersebut adalah pengelasan medan dekat atau pengelasan medan jauh. Ketika jarak dari kepala pengelasan ke rusuk pengelasan kurang dari 6mm, itu disebut pengelasan medan dekat. Lebih besar dari 6mm' disebut pengelasan medan jauh. Semakin jauh jaraknya, semakin besar redaman getaran dan semakin sulit pengelasannya.
3. Desain sambungan las
Faktor terpenting dan terpenting yang mempengaruhi pengelasan ultrasonik adalah desain sambungan. Saat komponen berada dalam tahap desain, teknisi harus mempertimbangkan dan mengevaluasi dengan cermat. Ada berbagai macam desain sambungan las dengan karakteristik dan keunggulannya masing-masing. Pilihan desain tergantung pada jenis plastik, geometri bagian, persyaratan pengelasan, kemampuan pencetakan injeksi, dan persyaratan tampilan.
Desain sambungan yang khas:
Desain tulang rusuk pemandu energi segitiga. Ini adalah desain yang paling umum digunakan dalam pengelasan ultrasonik dan desain termudah untuk pencetakan injeksi. Ini ditandai dengan segitiga terangkat kecil di bidang, puncak segitiga 90 atau 60 derajat. Karena desain titik tajamnya mudah memandu dan memusatkan energi getaran, ini disebut tulang rusuk pemandu energi.
Desain jahitan langkah, pencetakan injeksi mudah, bagian atas dan bawah pemosisian sendiri, kekuatan pengelasan tinggi, bahan cair mengalir ke celah vertikal.
Desain jahitan beralur, bagian atas dan bawah dapat diposisikan sendiri, dengan kekuatan tinggi, karakteristik penyegelan yang baik, dan tidak berkedip di dalam dan di luar. Kerugiannya adalah diperlukan ketebalan dinding tertentu.
Desain jahitan geser umumnya digunakan untuk mengelas produk berukuran lebih kecil yang memerlukan penyegelan kekuatan tinggi, dan sangat cocok untuk pengelasan plastik kristal.
Sambungan syal, yang biasanya digunakan pada bagian dengan bentuk bulat atau elips, memberikan kekuatan tinggi dan penyegelan tinggi, dan sangat cocok untuk pengelasan plastik kristal.
(Penjelasan rinci desain las di atas akan diperkenalkan dalam artikel tindak lanjut).
Untuk menentukan desain las mana yang cocok untuk produk Anda, silakan berkonsultasi dengan teknisi atau penjual dari produsen ultrasonik.
4. Perkakas dan kepala las
Secara umum, pelanggan akan memilih kepala perkakas dan pengelasan dengan merek yang sama dengan mesin las. Bahkan, Anda dapat dengan bebas memilih perkakas dan kepala las yang disediakan merek lain, selama frekuensi kepala las sama dengan peralatannya.
Bahan kepala pengelasan dapat memilih paduan aluminium, paduan titanium dan baja paduan keras. Bahan perkakas dapat memilih paduan aluminium, baja tahan karat dan cetakan resin. Cara memilih bahan, umumnya mempertimbangkan jenis plastik, kandungan bahan serat gelas, struktur dan ukuran sambungan, kekuatan pengelasan dan umur layanan. Misalnya, untuk memperpanjang umur, kepala las baja karbida adalah pilihan terbaik.
Kepala pengelasan ultrasonik dapat dirancang dan dioptimalkan dengan FEA (Analisis Elemen Hingga), memungkinkan para insinyur untuk mengevaluasi tingkat getaran dan tegangan kepala pengelasan sebelum pembuatan yang sebenarnya. Desain kepala las terbaik adalah memiliki amplitudo keluaran yang seragam dan tegangan minimum. Pada gambar di atas, gambar di sebelah kiri adalah desain kepala pengelasan depan yang dioptimalkan, dan keluaran amplitudo tidak rata. Di sebelah kanan, setelah pengoptimalan, amplitudo keluaran seragam.
Dalam desain dan manufaktur kepala las, simetri harus dijaga dengan hati-hati dalam pikiran, simetri kepala las sangat penting. Kepala las asimetris menyebabkan getaran non-aksial. Getaran radial akan sangat meningkatkan tegangan dan menyebabkan kepala pengelasan gagal.
Desain perkakas yang baik juga sangat penting. Alat ini memiliki dua fungsi utama: (1) menyelaraskan bagian-bagian di bawah kepala pengelasan; (2) dengan kuat menopang area pengelasan. Penyangga yang kokoh membantu merefleksikan energi ultrasonik ke posisi pengelasan, itulah sebabnya perkakas biasanya terbuat dari bagian pemrosesan logam.
Untuk meningkatkan ketahanan aus kepala pengelasan dan meningkatkan masa pakai, permukaan kepala pengelasan dapat dirawat dengan pelapisan tungsten karbida atau kromium. Perkakas dapat dirancang dalam beberapa bagian agar lebih sesuai dengan produk.
5. Parameter pengelasan
Selama proses pengelasan, parameter pengelasan akan mempengaruhi hasil pengelasan. Parameter ini meliputi amplitudo, tekanan pengelasan, tekanan pemicu, jarak pengelasan dan energi pengelasan.
Jenis plastik yang berbeda membutuhkan amplitudo yang berbeda. Amplitudo dapat disetel dengan baik dengan pengaturan persentase dalam perangkat lunak, atau dapat disesuaikan dalam kisaran yang luas dengan mengubah modulator amplitudo dengan rasio yang berbeda. Tekanan pengelasan dapat disesuaikan dengan kenop atau pengaturan perangkat lunak. Tekanan pemicu berarti bahwa ketika kepala pengelasan menekan produk dan tekanan mencapai nilai yang ditentukan, perangkat mulai memancarkan ultrasound. Nilai ini dapat diatur melalui kenop atau pengaturan perangkat lunak.
Ada beberapa metode kontrol untuk proses pengelasan ultrasonik:
Mode pengelasan waktu, yaitu mengatur durasi pengelasan ultrasonik.
Mode pengelasan jarak (mode pengelasan posisi), yaitu mengatur jarak atau posisi pengelasan.
Mode pengelasan energi, yang mengatur energi pengelasan.
Mode pengelasan yang berbeda berlaku untuk produk yang berbeda. Misalnya, pengelasan lembaran mengadopsi mode pengelasan energi, produk dengan toleransi dimensi besar mengadopsi mode pengelasan jarak, dan produk dengan persyaratan toleransi tinggi mengadopsi mode pengelasan posisi.
Pengelasan ultrasonik plastik adalah proses khusus. Pada tahap awal pengembangan produk, perlu bekerja sama dengan produsen peralatan ultrasonik dan menggunakan pengalaman produsen peralatan di bidang ini untuk mengevaluasi struktur produk dan desain pengelasan, serta melakukan uji pengelasan pada sampel. Untuk meningkatkan hasil produksi massal selanjutnya.
