При проектировании пластмассовых деталей, подлежащих сборке ультразвуковой сваркой, у инженеров есть несколько вариантов: стыковое соединение, пошаговое соединение, шпунтовое соединение и сдвиговое соединение. Что выбрать, зависит от многих факторов, включая материалы; размер и жесткость деталей; и требования к производительности, такие как прочность суставов, косметика и герметичность.
«Все зависит от того, каким должен быть конечный продукт», — говорит Стивен Потпан, менеджер по продуктам Rinco Ultrasonics USA. «Нужно ли его герметично закрывать? Или просто нужно чтобы был прочным и не разваливался?»
«В игру также входит размер детали», — продолжает он. «Например, срезное соединение является рекомендуемой конструкцией для герметичного уплотнения, но геометрия детали может этого не учитывать. Дизайн должен обеспечить достаточно места для включения определенных функций».
Стыковое соединение
Стыковое соединение с энергетическим директором является одним из самых распространенных соединений для ультразвуковой сварки, и его легче всего формовать в детали. Директор по энергии — маленький треугольный гребень, отлитый в одну из сопряженных поверхностей, — необходим для этой конструкции. Гребень может быть отформован в нижней части (направлена вверх) или в верхней части (направлена вниз).
Директор по энергии ограничивает начальный контакт небольшой областью и фокусирует ультразвуковую энергию в вершине треугольника. Во время цикла сварки концентрированная ультразвуковая энергия заставляет ребро плавиться и пластик течет по всей области соединения, что помогает соединять детали вместе.
«Директор по энергетике помогает инициировать процесс плавления», — говорит Кристиан Майорга, инженер-прикладной инженер Emerson Industrial Automation.
Без энергетического директора ультразвуковая энергия не будет равномерно распределяться вдоль линии соединения, что означает, что для получения того же результата потребуется больше времени и энергии. Это дополнительное время и энергия могут перерасти в недопустимые вспышки или следы от инструментов на поверхности детали.
Точка треугольника может быть отлита под углом 90 или 60 градусов. Первый лучше всего подходит для аморфных смол, таких как ABS или полистирол. Последний лучше подходит для полукристаллических материалов, таких как нейлон и полиэтилен. Как правило, ширина энергетического директора должна составлять не более 20-25 процентов от толщины стенки. Высота энергетического директора может варьироваться от 0,01 до 0,04 дюйма в зависимости от температуры расплава материала.
Ступенчатое соединение
Ступенчатое соединение с энергетическим директором относительно легко внедрить в инструмент для литья под давлением. Это соединение, как правило, намного прочнее, чем стыковое соединение, поскольку материал попадает в зазор, необходимый для скользящей посадки, создавая уплотнение, которое обеспечивает прочность при сдвиге, а также растяжение.
Ступенчатый шарнир поддерживает самоцентрирование компонентов и рекомендуется, когда требуется хороший косметический вид.
«Ступенчатый шарнир защитит от вспышки, по крайней мере, в одном направлении», — объясняет Джейсон Бартон, директор по развитию бизнеса в Америке в Дукане. «Большинство клиентов не хотят видеть соединения на внешней стороне сборки, но они не возражают, если она войдет внутрь.»