Cinco factores que influyen en una soldadura ultrasónica exitosa
1. frecuencias de soldadura
Las frecuencias de soldadura típicas varían desde el rango de 40 kHz hasta el rango de 15 kHz. Los diversos parámetros de la aplicación determinarán el mejor equipo y frecuencia para lograr una soldadura óptima para las piezas.
Por ejemplo, para conjuntos pequeños y delicados (placas de circuito impreso, componentes microelectrónicos, etc.) con tolerancias estrechas, una frecuencia más alta (por ejemplo, 40 kHz) es más adecuada ya que la presión aplicada y las vibraciones ultrasónicas se pueden minimizar, junto con cualquier marca de Superficies de clase A.
La baja frecuencia (por ejemplo, 15 kHz) es adecuada para piezas de tamaño mediano a grande y también permite la soldadura de muchos plásticos más blandos con mayores distancias de campo lejano (más sobre esto a continuación) de lo que a menudo es posible con sistemas de frecuencia más alta.
La frecuencia de 20 kHz es la frecuencia ultrasónica más utilizada para el ensamblaje de plásticos y ofrece la máxima flexibilidad, ya que es adecuada para una amplia gama de aplicaciones y componentes termoplásticos.
2. Consideraciones materiales
De acuerdo con el principio básico del ensamblaje ultrasónico como se describe anteriormente, los termoplásticos se pueden ensamblar ultrasónicamente porque se funden dentro de un rango de temperatura específico; mientras que los materiales termoendurecibles, que se degradan cuando se calientan, no son adecuados para el ensamblaje ultrasónico.
La soldabilidad de cualquier termoplástico depende de su rigidez o módulo de elasticidad, densidad, coeficiente de fricción, conductividad térmica, calor específico y Tm o Tg.
En general, los plásticos rígidos exhiben excelentes propiedades de soldadura de campo lejano porque transmiten fácilmente energía vibratoria. Los plásticos blandos, que tienen un bajo módulo de elasticidad, atenúan las vibraciones ultrasónicas y, como tales, son más difíciles de soldar.
En estaca, formación o soldadura por puntos, lo contrario es cierto. En general, cuanto más blando sea el plástico, más fácil será estacar, formar o soldar por puntos.
También, por regla general, las resinas se clasifican en amorfas o cristalinas. La energía ultrasónica se transmite fácilmente a través de resinas amorfas, que por lo tanto se prestan fácilmente a la soldadura ultrasónica. Las resinas cristalinas, por otro lado, no transmiten fácilmente energía ultrasónica. Por esta razón, al soldar resinas cristalinas, se deben usar niveles de energía y amplitud más altos, y se debe prestar especial atención al diseño de la junta.
Las variables que pueden influir aún más en la soldabilidad son el contenido de humedad, los agentes desmoldantes, los lubricantes, los plastificantes, los agentes de refuerzo de relleno, los pigmentos, los retardantes de llama y otros aditivos, junto con el grado de resina real.
Del mismo modo, es importante determinar el grado de compatibilidad de los materiales que se van a soldar. Ciertos materiales tienen cierto grado de compatibilidad, pero no todos los grados y composiciones pueden ser compatibles, y algunos no son del todo compatibles.
3. Impacto conjunto del diseño
Quizás la faceta más crítica de la soldadura ultrasónica es el diseño de juntas (la configuración de dos superficies de acoplamiento). Debe considerarse cuando las partes a soldar aún están en la etapa de diseño y luego se incorporan a las partes moldeadas. Hay una variedad de diseños de juntas, cada uno con características y ventajas específicas. Su selección está determinada por factores tales como el tipo de plástico, la geometría de la pieza, los requisitos de soldadura, las capacidades de mecanizado y moldeo y la apariencia cosmética.
4. Herramientas y accesorios.
Es difícil exagerar la importancia de las bocinas y los accesorios cuando se trata de lograr una soldadura ultrasónica efectiva.
Solía haber una percepción en la industria de que las bocinas y los accesorios para una aplicación en particular debían ser proporcionados por el mismo fabricante de cualquier prensa de soldadura que se estuviera utilizando. Hoy en día, los ingenieros entienden que son libres de mezclar y combinar: las mejores herramientas para el trabajo no tienen que llevar el mismo nombre que aparece en la prensa, siempre que la frecuencia de soldadura coincida.
Las opciones de material de fabricación de herramientas incluyen aluminio, titanio, acero endurecido y acero inoxidable. Factores tales como el tipo de plástico que se está soldando, el tamaño y la configuración de la junta, la resistencia y / o durabilidad de la soldadura determinarán el mejor material para el trabajo. Por ejemplo, para una mayor longevidad, el acero endurecido podría ser una buena opción.
El buen diseño del accesorio también es imperativo. El accesorio tiene dos propósitos principales: alinear las partes debajo de la bocina y apoyar directamente debajo del área de soldadura. Este soporte también incluye reflejar la energía ultrasónica de regreso al plano de soldadura, razón por la cual los accesorios a menudo se mecanizan a partir de metal.
Para mayor resistencia y durabilidad, se puede aplicar revestimiento de metal duro o cromado. Los accesorios contorneados y las herramientas para piezas de forma irregular pueden diseñarse a medida, junto con dispositivos periféricos para sujetar, sujetar y alinear piezas opuestas. También se pueden construir accesorios segmentados y ajustables para garantizar un ajuste seguro con piezas de plástico moldeadas.
5. Parámetros de soldadura
Durante el proceso de soldadura en sí, dependiendo del tipo de sistema utilizado, una variedad de parámetros de soldadura influyen en el resultado. Estos incluyen los límites de amplitud / presión, fuerza de disparo y tolerancia, dependiendo de si la soldadura se realiza por tiempo, energía o distancia.
La configuración de amplitud se utiliza para especificar la amplitud vibratoria. A menudo, se pueden realizar ajustes precisos de los ajustes de amplitud y presión en el controlador que alimenta una prensa, mientras que se pueden realizar ajustes importantes mediante el uso de refuerzos y controles de presión.
Los ajustes de presión de fuerza de disparo especifican la presión que se necesita alcanzar para activar los ultrasonidos. El ajuste de este parámetro con configuraciones, como temporizadores de retardo, modos de preactivación y configuraciones de fuerza / presión, puede afectar el tiempo que las partes están en contacto antes de que los ultrasonidos estén realmente encendidos.
Ajustes de tiempo, como el tiempo de soldadura (la duración del tiempo durante el cual las vibraciones ultrasónicas se aplican realmente a las piezas) y el tiempo de retención (la duración durante la cual se mantiene la presión para garantizar la unión adecuada de las piezas, después del tiempo de soldadura real y con ultrasonidos apagado para que la soldadura se enfríe), influye aún más cuándo y por cuánto tiempo deben permanecer activados los ultrasonidos.
Del mismo modo, algunos sistemas permitirán al usuario especificar configuraciones de energía, con límites y un pulso de calibración, por ejemplo, mientras que algunos también permitirán configuraciones de distancia, como incremental, pre-disparo, absoluto y límites.
Como puede verse, muchas partes móviles, si lo desea, entran en juego durante el proceso de soldadura ultrasónica. La manipulación de estos parámetros puede significar la diferencia entre una soldadura exitosa y una soldadura ineficaz o una bocina agrietada.