Инструмент для непрерывной ультразвуковой сварки термопластичных пленок

 

Изобретение относится к инструментам для непрерывной ультразвуковой сварки термопластичных пленок. итут адля т3 , ров.- УЛЬХ трукок . Изобретение позволяет повысить прочность сварных соединений путем использования на рабочем торце 2 волновода 1 теплоизолирующего слоя 4 переменной толщины с плоским рабочим торцом, имеющим три участка, два из которых - периферийные имеют постоянную толщину, а центральный - переменную , увеличивающуюся к оси волновода . На первом участке происходит предварительный подогрев проходящего под ним свариваемого материала, на втором (центральном) участке увеличение толщины теплоизолирующего слоя приводит к уменьшению теплоотвода из сварочной зоны и к концентрации температуры , способствующей образованию сварного соединения. На третьем участке при снижении толщины слоя до толщины на первом участке происходит снижение температуры в сварочной зоне за счет увеличения теплоотвода, способствующее охлаждению шва под сварочным давлением. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. г 1 g оз О с

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) SU ((и

А1 (51)4 В 29 С 65/08 ( (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

I г

/ Rue. I л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3903800/23-05 (22) 03 ° 06.85 (46) 07,06.87. Бюл. 11((21

{71) Омский политехнический институт и МВТУ им. Н.Э.Баумана (72) С.С.Волков, Л.А.Шестель, В.А.Соколов и П.В.Штоль (53) 678.059(088,8) (56) Орлов !О,Н. и др. О выборе материала и геометрии инструмента для

УЗС пластмасс. — Сб. трудов МВТУ им. Н.Э.Баумана. Применение пластмасс в машиностроении. 1974, Ф 13, с. 33-34.

Такахаси Г. Пленки из полимеров.Л.: Химия, 1971 с.116 (54) ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ НЕПРЕРЦВНОЙ УЩ, ТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ

ПЛЕНОК (57) Изобретение относится к инструментам для непрерывной ультразвуковой сварки термопластичных пленок.

Изобретение позволяет повысить прочность сварных соединений путем использования на рабочем торце 2 волновода 1 теплоизолирующего слоя 4 переменной толщины с плоским рабочим торцом, имеющим три участка, два из которых — периферийные имеют постоянную толщину, а центральный — переменную, увеличивающуюся к оси волновода. На первом участке происходит предварительный подогрев проходящего под ним свариваемого материала, на втором (центральном) участке увеличение толщины теплоизолирующего слоя приводит к уменьшению теплоотвода из сварочной зоны и к концентрации температуры, способствующей образованию сварного соединения. На третьем участке при снижении толщины слоя до толщины на первом участке происходит снижение температуры в сварочной зоне за счет увеличения теплоотвода, способствующее охлаждению шва под сварочным давлением. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

15340 2

1 13

Изобретение относится к сварке пластмасс, преимущественно тонких термопластичных пленок, и может найти применение в химической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение прочности сварного соединения за счет .обеспечения переменной теплопроводности инструмента по длине его рабочего торца.

На фиг. 1 изображен ультразвуковой волновод с теплоизолирующим слоем; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на. фиг. 3 — разрез Б-Б на фиг, 2.

Инструмент для ультразвуковой сварки полимерных пленок представляет собой стержневой волновод 1 продольных колебаний, рабочий торец 2 волновода на центральном участке имеет вогнутую поверхность 3, например часть поверхности цилиндра, а на периферийных участках имеет плоскую поверхность, на рабочем торце 2 волновода закреплен теплоизолирующий слой 4, выполненный из порошков окиси металла волновода и политетрафторэтилена, взятых в соотношении

1:1, причем рабочая поверхность 5 теплоизолирующего слоя 4 выполнена плоской, а поверхность 6, сопряженная с рабочим торцом 2 волновода, повторяет его профиль, при этом периферийные участки теплоизолирующего слоя 4 имеют постоянную толщину, а центральный участок — переменную, плавно увеличивающуюся к продольной оси волновода от периферийных участков. Теплоизолирующий слой 4 может быть нанесен либо напылением порошка на рабочий торец волновода с последующей притиркой на абразивной плоскости, либо путем предварительного спекания порошка с последующим закреплением на рабочей поверхности волновода склеиванием. Максимальная толщина теплоизолирующего слоя 4 на центральном участке в 3-4 раза превышает толщину слоя периферийных участков и составляет 0,01-0,02 от резонансной длины волновода, причем длины периферийных участков равны между собой и находятся в соотношении 2:3:2 с длиной центрального участка. Выполнение на рабочем торце инструмента термоизолирующего слоя разнотолщинным по длине рабочего торца в направлении сварки при соотношении длин периферийных и

t5

55 центрального участков 2:3:2 позволяет рационально (с точки зрения образования сварного соединения) перераспределять тепловой поток свариваемого материала. в высокотеплопроводный материал волновода (например, для сплава Д!6,,дюралюмин марки Plб, коэффициент теплопроводности составляет 159 Вт/мк). При этом коэффициенты теплопроводности материала слоя и свариваемого материала близки по значению и составляют, например, для окиси алюминия 0,9-1,1 Вт/мк, а для полиэтилена 0,8-0,85 Вт/мк.

Выбор материала теплоизолирующего слоя обусловлен следующим: теплопроводность материала слоя должна быть соизмеримой с теплопроводностью свариваемого материала; материал слоя должен иметь определенное сродство к материалу волновода для образования прочного сцепления слоя с поверхностью волновода, кроме того, слой должен обладать стойкостью к истиранию, а также — антиадгезионными свойствами по отношению к расплаву свариваемого материала.

Наиболее полно комплексу требований к свойствам материала слоя отвечает смесь мелкодисперсных порошков окиси металла волновода (алюминия, титана) с политетрафторэтиленом (ПТФЭ), взятых в соотношении

1:!. При этом уменьшение содержания порошка ПТФЭ приводит к увеличению адгезии (прилипанию) свариваемого материала к слою, а увеличение — к снижению прочности сцепления материала слоя с металлом волновода.

Размер частиц (дисперсность) порошков окиси металла волновода и

ПТФЭ в пределах 0,0005-0,001 мм обеспечивает необходимую плотность теплоизолирующего слоя, определяющую его акустические свойства и теплопроводность.

Максимальная толщина теплоизолирующего слоя составляет 0,01-0,02 от резонансной длины волновода. Превышение этого значения толщины слоя приводит к ухудшению акустических свойств инструмента, а именно к снижению амплитуды колебаний в результате поглощения их теплоизолирующим слоем. Минимальная толщина слоя (на периферийных участках рабочего торца) в 3-4 раза меньше максимальной толщины слоя и не должна быть меньше

0,003 от резонансной длины волново1315340 4!

О

55 да, так как в реальных условиях работы акустических систем с резонансной частотой 20-40 кГц и с длиной полуволн 140 и 70 мм соответственно приводит к исчезновению функции слоя как теплового барьера, в результате . чего снижается эффективность работы инструмента.

Устройство работает следующим образом.

Ультразвуковые колебания излучают-. ся волноводом с теплоизолирующим слоем в свариваемый материал, и при непрерывной сварке материал, перемещаясь относительно рабочей поверхности инструмента, нагревается под действием ультразвуковых колебаний, последовательно проходят под всеми зонами (участками) рабочего торца— периферийной (первая зона), центральной (вторая зона) и периферийной (третья зона).

Постоянная толщина теплоизолирующего слоя первой зоны обеспечивает равномерный теплоотвод из сварочной зоны в волновод. Поэтому при прохождении свариваемого материала под инструментом в первой зоне обеспечивается предварительный подогрев свариваемого материала с плавным нараста— нием температуры в свариваемых поверхностях.

При прохождении свариваемого материала под инструментом во второй зоне создаются благоприятные условия для образования сварного соединения— процессы диффузии и перемешивания микро- и макрообъемов расплава полимера благодаря уменьшению теплоотвода в волновод из-за возрастающей толщины теплоизолирующего слоя.

При дальнейшем продвижении материала подинструментом в третьей зоне теплоотвод вновь постепенно увеличивается и происходит "захолаживание" сварочной зоны, способствующее . процессам кристаллизации и охлаждения полимера под давлением.

Кроме того, учитывая, что политетрафторэтилен обладает высокими антиадгезионными свойствами, при продвижении под волноводом свариваемый материал не прилипает к рабочему торцу инструмента, не тянется" за ним, не деформируется, что обеспечивает высокое качество шва.

Экспериментально установлено, что прочность сварных соединений возрастает на 10-15Х по сравнению с известными устройствами и достигает 75807. от прочности основного материала. Результаты испытаний приведены в таблице. При этом технологические параметры процесса сварки f=40 кГц, A=25 мкм, Р „=5 кг/см, V=4,7 м/мин; свариваемый материал — полиэтиленовая. пленка ПЭВЦ (стабилизированная толщиной 40 мкм); механические испытания проводят по схеме на расслаивание с постоянной скоростью перемещения подвижного зажима испытательной машины 600 мм/мин.

Использование предлагаемой конструкции инструмента позволяет обеспечить получение прочности сварных соединений на 10-15Х выше, чем при использовании известных устройств, за счет применения разнотолщинного теплоизолирующего слоя. !

Таким образом, предлагаемая кон-. струкция инструмента для непрерывной ультразвуковой сварки термопластичных пленок обеспечивает повышение прочности сварных соединений за счет обеспечения регулирования теплоотвода из сварочной зоны и устранения прилипания к рабочему торцу инструмента свариваемого материала.

@ормулаизобретения

1. Инструмент для непрерывной ультразвуковой сварки термопластичных пленок, выполненный в виде стержневого волновода продольных колебаний с теплоизолирующим слоем из неметаллического материала на его рабочем торце, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения прочности сварного соединения за счет обеспечения переменной теплопроводности инструмента по длине его рабочего торца, теплоизолирующий слой выполнен из окиси металла волновода и политетрафторэтилена, взятых в виде порошков в соотношении 1:1 мас.ч. и имеет плоскую рабочую поверхность и переменную толщину по длине рабочего торца волновода, причем периферийные участки теплоизолирующего слоя имеют постоянную толщину, а его центральный участок — переменную толщину, плавно увеличивающуюся от периферийных участков к продольной оси волновода, при этом центральный участок теплоизолирующего слоя имеет выпуклую поверхность,. а рабочий то15340 6 ных участках и составляет от 0,01 до 0,02 от резонансной длины волны.

3. Инструмент по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что длины периферийных и центрального участков находятся в соотношении 2:3. !

Параметры инструмента из сплава D-16 (резонансная длина инструмента

1 =70 мм) Инструмент

Соотноше ние коСоотношеТолщина теплоизолирующего слоя, мм ние размеров длин участков рабочего личества

А1 и

ПТФЭ р максимальминималь ная ная му материалу теплозащитком слое торца

57,2

0,005

Базовый

0 25 2:3:2

0,25 2:3:2

0 25 2:3:2

0,25 2:3:2

0930 2:3:2

60,3

0,75

Предлагаемый

76,5

1,00

35,7

55,25

1 5

1,00

78,1

1,00

2:3:2

55,2.

1,00

0 35

0,30 2:2:2

0,30 2:3:2

0,30 2:4:2

0,30 2:3:2

0,30 2:3:2

0,30 2:3:2

56,4

1,00

78,2

1,00

54,8

1,00

55,6

1/2

1,00

76,4

1,00

2/1

52,8

1,00 рец волновода, сопряженный с ним— вогнутую поверхность.

2. Инструмент по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что максймальная толщина теплоизолирующего слоя на центральном участке в 3-4 раза

:превышает толщину слоя на периферийСреднее значение прочности сварных соединений по 5 образцам, Х к основно

1315340

Вид Я

Составитель И.Фролова

Редактор О.Бугир Техред M.Ходанич Корректор А;Ильин

Заказ 2262/19

Тираж 564 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4