วิธีทำฮอร์นอัลตราโซนิกขนาดใหญ่–II

ในข่าวล่าสุด ได้มีการเสนอและตรวจสอบวิธีการออกแบบข้อต่อแบบ slotted เชื่อมพลาสติกอัลตราโซนิกขนาดใหญ่แถบขนาดใหญ่ และตรวจสอบโดยการทดลองประการแรก ฮอร์นเชื่อมแบบแถบถูกแบ่งออกเป็นหลายหน่วยอย่างสมเหตุสมผล เพื่อให้การออกแบบฮอร์นเชื่อมแบบ slotted ที่มีโครงสร้างที่ซับซ้อนถูกเปลี่ยนเป็นการออกแบบของหน่วยฮอร์นเชื่อมแบบธรรมดาจากนั้นเปรียบเทียบองค์ประกอบข้อต่อกับออสซิลเลเตอร์ครึ่งคลื่นที่มีส่วนเท่ากันโดยพิจารณาจากการสั่นสะเทือนของคัปปลิ้งสมการความถี่ของข้อต่อได้มาจากการใช้แนวคิดของอิมพีแดนซ์ทางกลที่เทียบเท่ากัน

สุดท้าย ศึกษาอิทธิพลของจำนวนช่อง ความกว้างของช่อง และความยาวของช่องต่อลักษณะการสั่นสะเทือนของรอยเชื่อมโดยใช้สมการตามวิธีนี้ ร่องแถบขนาดใหญ่หลายกลุ่มได้รับการออกแบบและตัดเฉือนผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าค่าที่วัดได้และทางทฤษฎีของความถี่เรโซแนนซ์ของรอยต่อเชื่อมนั้นสอดคล้องกันดี

ดังแสดงในรูปด้านล่างความยาว ความกว้าง และความหนาของฮอร์นเชื่อมคือ L, B และ T ตามลำดับสมมติว่าแกน z เป็นทิศทางการกระตุ้นของทรานสดิวเซอร์ที่ความถี่ในการทำงาน รอยเชื่อมรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าจะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนตามยาวตามลำดับแรกในทิศทาง Zสำหรับข้อต่อเชื่อมแบบแถบ สามารถเปรียบเทียบ L≥2T, B และ L ได้ ดังนั้นจึงสามารถละเว้นการสั่นสะเทือนตามขวางของรอยเชื่อมในทิศทาง X ได้

เนื่องจากการสั่นสะเทือนตามขวางในทิศทาง y มีอิทธิพลอย่างมากต่อการสั่นสะเทือนตามยาว จึงมักจะจำลองโดยการกัดร่องแตรเชื่อมแบ่งออกเป็นหน่วย (n+1) โดยการเปิดช่อง n ช่องในทิศทาง Y อย่างสม่ำเสมอความกว้างและความยาวของแต่ละช่องคือ W และ L2 ตามลำดับ และช่องแยกจากปลายอินพุตและเอาต์พุตของแตรเชื่อม l1 และ L3 ตามลำดับเพื่อให้แน่ใจว่าแต่ละยูนิตเท่ากันหมด ควรเปิดร่องที่มีความกว้าง W /2 ที่ปลายทั้งสองของแตรเชื่อมตามขวางดังนั้นแต่ละหน่วยของแม่พิมพ์เชื่อมจึงเป็นฮอร์นสี่เหลี่ยมคางหมูแบบผสมที่มีส่วนสี่เหลี่ยมสมมติว่าความกว้างที่ปลายทั้งสองและตรงกลางของแต่ละหน่วยคือ D1 และ D2 จะเห็นได้จากด้านบน: L= L1 + L2 +L3

เนื่องจากรูปแบบเดียวกันระหว่างองค์ประกอบ ความกว้างเอาต์พุตของรอยเชื่อมก็จะสั่นรูปแบบ และเมื่อรวมกัน ฮอร์นอัลตราโซนิกจะมีรูปแบบนี้ เพื่อให้การออกแบบของแม่พิมพ์อัลตราโซนิกจะง่ายขึ้นในการออกแบบใด ๆ ธาตุ.นอกจากนี้ยังค่อนข้างสม่ำเสมอเพื่อที่จะระงับแรงสั่นสะเทือนตามขวางได้อย่างมีประสิทธิภาพและให้แน่ใจว่าฮอร์นเชื่อมมีความแข็งคงที่ โดยทั่วไปแล้วความกว้างของยูนิตฮอร์นเชื่อมที่หารด้วยร่องจะอยู่ใน!/ 8 ~!/ 4 (! คือความยาวคลื่นของโหมดการสั่นสะเทือนตามยาวอันดับหนึ่งของแตรเชื่อม) และความกว้างในอุดมคติของสล็อตคือประมาณ!/ 25 ~!/20[7] จำนวนการเซาะร่องของรอยเชื่อมสามารถกำหนดได้ตามเกณฑ์ข้างต้นเพราะความกว้างของหัวเชื่อมโดยทั่วไปจะไม่เกิน!PI /4 จึงสามารถวิเคราะห์ได้โดยทฤษฎีมิติเดียวหน่วยเชื่อมใด ๆ ในหน่วยที่ 1 สามารถถือได้ว่าประกอบด้วยแท่งทรงสี่เหลี่ยมสามแท่ง

อลูมิเนียมอัลลอยด์ 7075 (โมดูลัสของ Young E=7.17*1010N/M2 ความหนาแน่น ρ=2820kg/m3 อัตราส่วนของปัวซอง V =0.34) ถูกเลือกสำหรับแตรเชื่อมสมการ (1) ~ (3) และ (6) ถูกใช้เพื่อคำนวณจำนวน n, ความยาว L2 และความกว้าง W ของช่องต่างๆเมื่อความยาวเรโซแนนซ์ L ของแตรเชื่อมแถบเปลี่ยนตามความกว้าง B ความยาวเรโซแนนซ์ L ของฮอร์นเชื่อมแถบจะเปลี่ยนไปตามความกว้าง B ความถี่เรโซแนนซ์ที่คำนวณได้ f=20kHz, L1=L3 เพื่อความเรียบง่ายเมื่อความยาวและความกว้างของช่องคงที่ ความยาวเรโซแนนซ์จะเปลี่ยนตามความกว้างของฮอร์นเชื่อมเมื่อหมายเลขช่องต่างกันL2 = 60 มม. กว้าง = 10 มม.ดังจะเห็นได้จากรูปที่2 สำหรับฮอร์นเชื่อมแบบ slotted ที่แสดงในรูปที่1, ความยาวเรโซแนนซ์อันดับ 1 น้อยกว่าฮอร์นเชื่อมแบบไม่มีสล๊อตที่คำนวณตามทฤษฎีหนึ่งมิติ (126 มม.) และความยาวเรโซแนนซ์ของฮอร์นเชื่อมจะเพิ่มขึ้นตามความกว้างของฮอร์นเชื่อมที่เพิ่มขึ้น แต่ เพิ่มขึ้นลดลงเรื่อยๆนอกจากนี้ เมื่อความถี่เรโซแนนซ์และความกว้างของรอยเชื่อมคงที่ ความยาวเรโซแนนซ์ของรอยเชื่อมจะลดลงตามจำนวนสล็อตที่เพิ่มขึ้น

นอกจากนี้ รอยเชื่อมสามรอยที่มีความหนาต่างกันยังถูกกลึงด้วยอะลูมิเนียมอัลลอย 7075 (วัสดุเดียวกันกับด้านบน)ความหนา T ของรอยเชื่อมทั้งสามนี้และความถี่การสั่นสะเทือนฮาร์มอนิกที่วัดได้ FMเมื่อความหนาของฮอร์นเชื่อมน้อยกว่าหนึ่งในสี่ของความยาวคลื่น (นี่คือ 63 มม.) ส่วนเบี่ยงเบนระหว่างความถี่ที่วัดได้และความถี่ในการออกแบบจะน้อยกว่า 2% ซึ่งสามารถตอบสนองความต้องการของงานด้านวิศวกรรมได้

ข้อต่อเชื่อมพลาสติกอัลตราโซนิกแถบยาวถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบที่เท่ากันหลายองค์ประกอบและสมการความถี่ขององค์ประกอบข้อต่อถูกอนุมานโดยวิธีเมทริกซ์ถ่ายโอนหากทราบความกว้างและปริมาณและขนาดของช่อง สามารถใช้สมการในการออกแบบข้อต่อแถบได้อย่างสะดวก จึงเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการออกแบบข้อต่อแถบเอกสารนี้ยังวิเคราะห์อิทธิพลของหมายเลขช่อง ความกว้างของช่อง และความยาวของช่องต่อขนาดรอยเชื่อมผ่านตัวอย่างจะเห็นได้ว่าวิธีการนี้ยังมีอิทธิพลต่อการออกแบบการเพิ่มประสิทธิภาพของรอยเชื่อมอีกด้วย

แยกร่องหลังจากการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนของฮอร์นเชื่อมแบบแถบ ฮอร์นเชื่อมสามารถแบ่งออกเป็นส่วนท้ายของตัวเครื่องและเซลล์ของยูนิตตรงกลาง โดยใช้วิธีการยืดหยุ่นที่ชัดเจนและผลกระทบของสายส่ง ความยาวของหน่วยที่แตกต่างกันสี่หน่วยจะได้รับตามลำดับและ ทิศทางของสมการความถี่ระดับสูง สมการความถี่สามารถใช้ในการออกแบบฮอร์นเชื่อมแบบแท่งยาวได้ แต่ขั้นตอนการออกแบบนั้นซับซ้อน การเลือกพารามิเตอร์บางตัวขึ้นอยู่กับประสบการณ์และไม่สะดวกในการใช้งานทางวิศวกรรมในบทความนี้ ข้อต่อการเชื่อมแบบแถบถูกแบ่งออกเป็นองค์ประกอบที่เท่ากันหลายส่วนโดยใช้การกัดร่องที่สมเหตุสมผล และสมการความถี่ขององค์ประกอบข้อต่อในการเชื่อมได้มาจากวิธีการถ่ายโอนเมทริกซ์ ซึ่งเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการออกแบบรอยต่อแบบแถบการออกแบบมีการคำนวณทางทฤษฎีที่เรียบง่ายและความหมายทางกายภาพที่ชัดเจน ซึ่งเป็นวิธีที่ง่ายและสะดวกสำหรับการออกแบบทางวิศวกรรมของแถบ

ข้อต่อเชื่อม