Cómo hacer una combinación perfecta de bocina ultrasónica y transductor

Cómo hacer una bocina ultrasónica perfecta & correspondencia del transductor

1. Principio y diseño del transductor ultrasónico (sistema de vibración ultrasónica)

Resumen: El diseño y el cálculo del sistema de transductor ultrasónico de la máquina de soldadura de plástico, y el uso del software tridimensional PRO-E para dibujar un modelo tridimensional, seguido del análisis de frecuencia, proporciona un método de diseño útil para el sistema de transductor ultrasónico .

Palabras clave: transductor ultrasónico, vibrador ultrasónico, vibrador ultrasónico, sistema de vibración ultrasónica

En la sociedad contemporánea, diversos productos de plásticos han penetrado en diversos campos de la vida cotidiana. La tecnología de procesamiento tradicional ya no puede satisfacer las necesidades de desarrollo de la industria moderna del plástico. La máquina de soldadura ultrasónica de plástico no necesita agregar ningún adhesivo, relleno o solvente, y no consume una gran cantidad de fuente de calor al soldar productos de plástico. Tiene las ventajas de una operación simple, velocidad de soldadura rápida, alta resistencia de soldadura y alta eficiencia de producción. Por lo tanto, la tecnología de soldadura ultrasónica se está utilizando cada vez más. Los sistemas de transducción ultrasónica generalmente incluyen transductores ultrasónicos y bocinas ultrasónicas, que son los componentes básicos para la soldadura ultrasónica, y los buenos transductores ultrasónicos son requisitos previos para la soldadura ultrasónica.

2.1 Diseño de transductor ultrasónico

Cuando la máquina de soldadura de plástico por ultrasonidos está funcionando, el procesamiento de la pieza de trabajo de plástico requiere vibración longitudinal de alta frecuencia, de modo que los moldes superior e inferior de la pieza de trabajo vibran y funden las capas superior e inferior para obtener el efecto de soldadura. Por lo tanto, el tipo de transductor se selecciona como un transductor compuesto longitudinal, y la estructura es simple, y el diagrama esquemático se muestra en la FIG. 2) La primera y la última dos piezas son placas de cubierta metálicas; el centro es una pila de cristal cerámico piezoeléctrico, que generalmente es un agujero redondo polarizado longitudinalmente o un tubo redondo, o un tubo redondo polarizado radialmente; Un tornillo de tensión aprieta las tres partes.

Bocina ultrasónica

Diagrama de estructura ultrasónica de bocina

Cabezal de soldadura por ultrasonidos

Molde ultrasónico escalonado

Usando el software PRO-E para analizar la frecuencia de la bocina, en primer lugar, el modelo 3D de la bocina es dibujado por el software PRO-E 3D de acuerdo con el tamaño de la bocina. En segundo lugar, la herramienta de análisis de frecuencia se utiliza para analizar la frecuencia de la bocina. El valor de entrada de baja frecuencia es 20000 Hz, el material es 2A01 y el módulo elástico del material es 0.7 × 105 MPa, que es 0.3. Después de que los resultados del análisis se muestran en la Figura 4, la frecuencia de vibración en la salida de la bocina es 20544 Hz, que no es muy diferente del valor de frecuencia inicial de 20 kHz, por lo que puede cumplir con los requisitos de diseño.

2.3 Diseño de cabezal de soldadura ultrasónico

Cuando la máquina de soldadura ultrasónica de plástico está funcionando, la fuerza ejercida sobre la pieza de trabajo por el cabezal de la herramienta es de aproximadamente 30 a 50 N, por lo que la fuerza no es grande y es una condición de trabajo de resistencia media, de modo que el aluminio duro del El modelo 2A01 puede seleccionarse como material de fabricación. . Para que el cabezal de la herramienta funcione correctamente, la parte del cabezal de la herramienta que está conectada a la salida de la bocina coincide. La coincidencia se refiere a la coincidencia de impedancia entre la salida de la bocina y la entrada del cabezal de la herramienta. Por lo tanto, se requiere que a la frecuencia de resonancia en sus caras de unión, la impedancia de salida de la bocina sea igual a la impedancia de entrada del cabezal de la herramienta. Según el conocimiento mencionado anteriormente, la impedancia igual de los dos solo requiere que sus áreas de sección transversal sean iguales.

Dibujo de cabezal de soldadura ultrasónico

Usando el software PRO-E para analizar la frecuencia del cabezal de soldadura ultrasónica, en primer lugar, el modelo 3D del cabezal de la herramienta es dibujado por el software PRO-E 3D de acuerdo con el tamaño del cabezal de soldadura. A continuación, se analizó la frecuencia del cabezal de la herramienta. El valor de entrada de baja frecuencia fue de 20 kHz, el material fue 2A01 y el módulo elástico del material fue de 0.7 × 105 MPa, 0.3. Tabla de análisis de frecuencia

Inspección ultrasónica del cabezal de soldadura

Se puede ver que la parte de la cara del extremo pequeño del cabezal del cabezal de soldadura también tiene una frecuencia de resonancia de la parte superior de la figura de 20021 Hz, que no es muy diferente de la frecuencia de la primera onda ultrasónica dada de 20 kHz. Por lo tanto, el diseño del cabezal de la herramienta puede cumplir con los requisitos de diseño, y el tiempo de trabajo puede ser resonante.

Análisis de frecuencia del cabezal de soldadura ultrasónico

De acuerdo con la ecuación de vibración de cualquier sección transversal variable, la solución general de la ecuación de vibración se resuelve bajo la condición de que se conozcan las coordenadas y las condiciones límite de cada parte del vibrador, y luego se obtienen la ecuación de frecuencia y la velocidad de vibración alrededor Las condiciones límite de la solución general y el transductor ultrasónico. Los transductores ultrasónicos se diseñaron con una serie de conocimientos sobre la ecuación de distribución de tensiones y las características del material cerámico de efecto piezoeléctrico. De acuerdo con las condiciones de trabajo de la máquina de soldadura ultrasónica de plástico, se selecciona el tipo de bocina; de acuerdo con el factor de amplificación de amplitud, la relación entre la potencia de la onda y la amplitud, se obtiene el área de la sección transversal de la bocina; la solución general de acuerdo con la ecuación de velocidad de vibración y la bocina Condiciones convenientes, calcule la distribución de la tensión y la velocidad de vibración de cada parte de la bocina. De acuerdo con la ecuación de frecuencia y la condición de resistencia, se diseñó el cabezal de soldadura de la máquina de soldadura de plástico por ultrasonidos.

Prueba de parámetros del transductor ultrasónico

A través de una serie de diseño y cálculo del conocimiento, se determinan las dimensiones del transductor ultrasónico, la bocina y el cabezal de la herramienta, y el análisis del espectro se lleva a cabo mediante el software PRO-E para verificar que cumpla con los requisitos de diseño. Por lo tanto, se completa el diseño del sistema de vibración de la máquina de soldadura ultrasónica de plástico, que proporciona pasos y métodos de diseño útiles para el sistema de vibración ultrasónica.

2. Selección de transductores ultrasónicos:

Un transductor ultrasónico es un dispositivo de conversión de energía cuya función es convertir la energía eléctrica de entrada en energía mecánica (es decir, ondas ultrasónicas) y luego pasarla, mientras consume una pequeña cantidad de energía (menos del 10%). Por lo tanto, el problema a considerar cuando se utiliza un transductor ultrasónico es la correspondencia con los terminales de entrada y salida, seguido de las dimensiones mecánicas de montaje y acoplamiento. Hay muchos tipos de maquinaria ultrasónica en el mercado, y los clientes deben proporcionar indicadores precisos y confiables para garantizar que los productos de transductores ultrasónicos proporcionados por la compañía puedan combinarse bien con las máquinas ultrasónicas de su compañía para lograr un buen rendimiento.

Transductor ultrasónico

Los transductores ultrasónicos y los vibradores ultrasónicos deben prestar atención a los siguientes parámetros:

1 Frecuencia resonante: f, Unidad: KHz

La frecuencia se refiere a una frecuencia medida por un método de línea de transmisión que utiliza un generador de frecuencia, un milivoltímetro o similar, o una frecuencia medida por un analizador de impedancia o similar. Generalmente conocido como la frecuencia de señal pequeña. Enfrente está la frecuencia superior, que es la frecuencia de funcionamiento real medida por el cliente cuando el transductor está conectado a la fuente de alimentación del variador a través de un cable y está descargado o cargado. Debido a que los circuitos coincidentes de los clientes son diferentes, los mismos transductores son diferentes en frecuencia con diferentes fuentes de potencia de conducción. Dichas frecuencias no pueden usarse como orden de base.

2 Capacidad del transductor: CT, unidad: PF

Es decir, la capacitancia libre del transductor se puede medir mediante un puente de capacitores a una frecuencia de 400 Hz a 1000 Hz, y también se puede usar un analizador característico de impedancia. Para ser simple, la medición con un medidor de capacitancia portátil general también puede cumplir con los requisitos.

Modo de trabajo de 3 transductores

Debido a los diferentes métodos y requisitos de procesamiento, el modo de trabajo del transductor se puede dividir aproximadamente en trabajo continuo (máquina de encajes, máquina de ajuste de CD, máquina de cremallera, soldadura de metal, etc.) y trabajo tipo pulso (como la máquina de soldadura de plástico). Diferentes métodos de trabajo Los requisitos para el transductor son diferentes. En general, la operación continua casi no tiene tiempo de pausa, pero la corriente de operación no es muy grande, la operación de pulso es intermitente, hay una pausa, pero la corriente instantánea es muy grande. En promedio, el poder de ambos estados es grande.

4 transductores tipo y alta potencia

El fabricante de la máquina puede tener diferentes especificaciones para la potencia nominal de la máquina para diferentes propósitos y propósitos. En otras palabras, el mismo transductor puede tener diferentes potencias nominales utilizadas en diferentes máquinas. Para evitar la ambigüedad, el cliente debe especificar la estructura del transductor, como el tipo de columna, el tipo de bocina invertida, etc., y el diámetro y el número de obleas de cerámica piezoeléctricas.

5 Dimensiones de instalación y acoplamiento

Existen principalmente materiales ultrasónicos de bocina, métodos de tratamiento de superficie y formas. El transductor ultrasónico está conectado con la bocina ultrasónica, la bocina ultrasónica está conectada con el molde ultrasónico y el diámetro, grosor, muesca o número de orificio de tornillo y posición de la brida ultrasónica de la bocina.