Способ ультразвуковой сварки пластмассовых деталей кольцевыми швами

(51)4 В 29 С 65/О ОПИСАНИЕ И ОБРЕТЕНИ о СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРР 973383, кл. В 29 С 65/08, 1982.Авторское свидетельство СССРР 876473, кл, В 29 С 65/08, 1981.(57) Изобретение относится к областисварки деталей из термопластическихматериалов кольцевыми швами. Цельизобретения - повышение производительности процесса при сварке деталей из полиамидов, Для этого зонустыка деталей 1 и 2 разогревают дотемпературы плавления полимера нормально ввод)мыми ультразвуковымиколебаниями, После этого одновременно с отключением этих колебанийснижают давление сжатия деталей до0,09-0,10 от первоначального давления акустического контакта и поворачивают детали относительно другдруга. Поворот детали 1 осуществляют за счет действия тангенциальныхсоставляющих крутильных колебаний,вводимых в деталь 1 с помощью направленных навстречу друг другу инструментов, установленных по касательнойк поверхности детали 1 в диаметральнпротивоположных точках. 11 ил.2 табл.ЕЕзобретсццс отцсг С,з к СВЯ зк" плЯстмЯ ссЯ имеццс к .пс сб ам СВ 1,зки ултряЗЗуком де то 1 сй 3;Оис р - ных материалов, имекппкх уз.;к 1 Темсратургнй интервал Вязкогексгс ссстонн ия и ни 31(уо Вязко сгь р с пл;яВ частности из цслия.1 кпа1:с:л.Не 11.шв амиЦель изобретения - псззьппецис производительности прсдсс ся спарк прк сварке деталей из полкямкдсп.ЕЕафпг. 1 изображег прп;есс: прс. варктельцого нагрева зсцьтыл.;, ца фиг, 2 - проге с с св арки ц. 11 н. 3 - , г то же, без коцтурцого инструмента. вид сверху; на 1 иг . и 5 - харак гсраспределеция азПзигу,;ь и - . См:с ряп у ры по периметру стыка ст цродогьсй ,волны; па фиг. 6 ". 7 - то же,. с. цс перег(ой Волгсы; ца фкг, 8 1 1 характер распределения та." СЕзятур цого поля в результатс пспсроДстс 1- лир не фиг 1 0 " схе 13, я 11 с:чст угла поворота; ца фкг, 11 - ,кклогр:, 25 ма преп;есса сварки.Пя че 1 этежах обозна сены 1 Рляцленче контакта контурного УЗ срумента; Е - дявленке коц т; к тя с.ц арочных УЗ-Нструмецто 1, Го, -, сгьс- с ние сгзарки: 2 ,проогзк 1:т пьцсп 1, УЗ-коле баци 1,:зцодимых нор а;ьо;.прсдслжитсц 1 ц о ст УЗ"Ое Я вводимых тацгенпкальцс; ., - г.рс -гдоггкительцость охляждсзния; ., Н 1 с д 03 Окительно сть ц 1 псля В ЯркСпособ осущес.твляют следувп:;п. сбразом,Свяривасмые деталии 2 рсзмсп аю; между опорой 3 к контурным инструмсц в , том с СДЯВлиБ Япот с усихЩм Об Р сцечивазощим цеобходимьй акустический кон тякт между поверхцостями " Вя 1 зивае мых деталей и между Детальо 2 и Вол - нОВОДОМ с ОдцоВременцым фик сирс)зяцк -ем детали 2, прилегякщей к коцтурцсму инструменту 4. Пссле это "о к поверхности подвгокгОй деталиНа расстоянки от стыка, рав Ом псгювице длины поперечной волны, под:зодят по касательной к поверхности детали кдиаметрально протквспслож 1-ым тэ:1 кямдва ультразвуковых инструмента 5и б, рабочие торны которых. нсвтряоформу свариваемой детали Есрць ин-.струментов прижимспот к поСЕзхцссткдетали 1 с усилием, обеспеяклспсщимнеобходимый акустический ко;так г,Вкгпочаот ультсазвук к ультрязву 1 совь: -ко:1 ебациями, Вводимыми нормально сс:Ту 11 цы 1 ц струмецтсм 1, разогрева, г зоцу сть ка дс температуры плавления полимера, Отключают ультразвуконь 1 е колебания и снижают давление сжа я дс.талей до снярОчнсгокоторое сстав.1 яет до 0,09-0,10 давления акусгеского ксцакта. Затем вводят;ц,трязвукогые колебания через инсрумецть 5 к 6 к г:озцикающими крутцзьь 1 ыми ль тразвуковымк кслеб дниями разогревахт полкме. в зоне стыса вьше сгемне рятурь,Вл аплс г кя, одновременно 1:орачиваот,цеталь 1 вместе с опо- Г.сй 3 ВОКРУГ 1 Х ПРСДОЛЬНОй ОСИ ДО определенного угла. Отключяот ультразг уконые коз 1 ебац 1 я и охлаждают д.тали цсд давлением.Предна 1 зитсльцый разогрев зонь стыкг до гемперятурн плавления материаз;я обусловливает нахождение г 1 олимера В отой зсцс ; зь.окозластичнсм сост; янк; хотя по периметру стыка набзю Яется чередонацке учас.тков с бс;,ьпей и месь;пой температурой (фиг,5), :То обус:овлс 1:о .Яличием стоячей пропп ь ой Волны по периметру стыка ( 1 И 1,4) .яс как нсьбс.ьпзие потери энергиир я 3 11 у к о В ы:". к с: е Г а и к й и р 0 и с х О д я т п 1 В 1 с Осо э.пс с.тич-: Ом состоянии пОлимгря, то В зс 1-е с тыка при в 1 зоде круго;ьцьх колебаний температура растет б прее, чем: а других участках, на:;сяп;ихс В с:теклосбразном состояниинормалььых условиях,Е .о же Время . еравномерный характер ряспредслеИя температуры госле:;,;,Вярительного нагрева (фиг.5)обусловливает возникновение в зонес зьц;я стоячей гоге речной волны (фиг, 6),сзникяющей г результате разложениягранице у:ьтразвуковой инструмент -полимер продсльнс;и волны, проходящей-Срез инструмент на продольную и по -перечную в полимере. Однако длина полречнойй Во:ь В два раза меньше про -дл 1,ц ой волны (113 г . б ) . Это приводитк гОлученгпо в ,о периметру стыка в два раза большего озичества участков с цяиболыпим прирап;енкем температуры (фг. 7), чт:, 3 свою очередь, обусзсзлзвает более равномерное распредеСцие темпер, т,рь пэ стыку. Поворот :о:,Вижной детали воруг продольной оси Е,сЕзкг, 8) позволяет усреднить значение температуры по периметру стыкагслу.зить равномерсый характер рас13518 пределения температурного поля (фиг.9).Значение угла поворота детали, равное углу между соседними пучностями поперечной зоны по периметру стыка, определяется из выражения (2) и поясняется рисунком (фиг.10).с Лпп 2 Ллп2 4 Э 2 Р (1)10 откуда(2) где- угол поворота;длина поперечной волны в полимере;Р - диаметр свариваемого изделия.Как видно из формулы (2), угол поворота уменьшается с увеличением диаметра свариваемых деталей.Поворот детали осуществляется под действием тангенциальных составляющих крутильных колебаний, которые создают относительно продольной оси детали 1 момент вращения (фиг. 3).Поворот детали вокруг продольной 15 20 25 оси позволяет вводить в контакт с ультразвуковыми инструментами новыеучастки полимера, что обеспечивает впроцессе сварки поддержание постоянных условий ввода ультразвуковых колебаний,Ввод крутильных колебаний на расстоянии от стыка, равном половине длины поперечной волны, обусловлен получением в зоне стыка максимальных попе 35речных колебаний и деформаций, способствующих интенсификации реологическихпроцессов в зоне соединения.Снижение усилия сжатия деталей до400,09-0,10 от первоначального обусловлено тем, что давление акустическогоконтакта контурного инструмента всегда больше оптимального давления сварки полиамида, расплав которого харак 45теризуется более низкой вязкостью,чем расплавы других распространенныхтермопластов.Использование давления осадки нижеоптимального интервала значений не50позволяет удалить из зоны сварки газовую прослойку, окисленный и деструктированный слой полимера,Использование давления осадки выше оптимального интервала значенийобусловливает вытеснение в грат всегообъема расплава полимера, в результате;чего в контакт вступают слои полимера, имеющие температуру ниже тем 114пературы плавления и не способные образовать прочного соединения.П р и м е р. В качестве примера использовали полиамидный баллон (1) с крышкой (2): диаметр баллона 40 мм; толщина стенки 4 мм.Свариваемые детали 1 и 2 размещают между подвюжой опорой 3 и контурным инструментом 4. Сжимают детали 1 и 2 инструментом 4 под давлением Р и фиксируют деталь 1. Подводят к поверхности детали 2 ультразвуковые инструменты 5 и 6 с давлением Р,. Через контурный инструмент вводят ультразвуковые колебания до момента достиженияполиамидом в зоне стыка температурыплавления. Отключают ультразвуковыеколебания и снижают давление Р досварочного Р, . Через инструменты 5и 6 вводят ультразвуковые колебаниядо равномерного образования расплавав зоне стыка. Отключают колебания иохлаждают детали под давлением.Продолжительность операций процесса сварки определена опытным путем, исходя из условия получения максимальной прочности сварного соединения при минимальном времени сварки. Результаты экспериментов сведены в табл.1. Время охлаждения 5 с, как и в известном способе-прототипе.Как видно из табл, 1, оптимальная продолжительность процесса предварительного нагрева составляет 0,5 с, процесса сварки - 1,2 с.Производительность процесса сварки по известному и предлагаемому способам приведена в табл. 2.Как видно из табл. 2, производительность сварки по предлагаемому способу выше производительности сварки по известному способу на 1007 14 - 6,7( -- - - 100) .6,7Таким образом, оптимальными режимами сварки по предлагаемому способу являются:Амплитуда колебанийрабочего торца инструментов, А, мкм 25-30Частота колебанийЙ, кГц 20Длина волны:продольной Л , мм 60поперечной Л, мм 30Давление контактаультразвукового инструмента с поверх.).,5 0,88 с 0.93-0,95). 0,88 0,88 095 0,95 1) с 3 с ;) с: 13 3 с ;ПЛЯН П Пцттрдзв у:(с)тть;и 0,95 тали, коцтакС И Т Е Л т И т С), С " с с ностт,ю детали,тродолжительцЦ 1 ГРЕБ Дсг аркиохлажденияУГОЛ гто 53 а)атд,/градИспользовдцие зце,)гптт у:т в ьГл к о:1 е О я 1 и й л 5 и 1) е тв д 1): 3 т нагрева и сварки позвонит повысит,произкодительностт, процесса спарк 1 кольцсВыми и 1 В ами В с 1) с те." Б,) 1 я 3 дУчитывая, что працес улт. Гт)/т Звуковойй сварки цаходтп все болсе:ипрокс; применение в крупносерийцом ц т)тач-. ном производстве, поныитетие п.)от 31)слптельцасти процесса свдрт(и гсзпаттит Ва-ПЕрВЬХ, дпя 115 ОЛПЕтя тра: рд сМЬвыпуска изделий спо),завять тт дд раза меньиее тистс) едицтц сгдратп от о оборудования; вогт торых ) ц ) пстп тивая числа Одниц сндрачцо: с аба 1)уда-. нация, унсцичить прогрдмтту н снУскдИЗДЕЛИЙ В СРЕД)ЕМ В ДНД РДЗД.,Предлагаемый с.пасб:тсктии-тдс . И -пользаВсттттте Г 1)омазткогс 1 эце огс)е.тт.,-го оборудования для нт)дтттет т н с:,т;.и тд,мых детдлеи. Здпитьп) дть трт;тп, ирдЗнут(ОВЫЕ ОЛГВ)(П 0%1 От С,ГО Г нератара. Кроме того ис поль: отта;1 е н предлагаемом сособе оптима.п .: и( ж 11.;)1. сВарки по:1 идмцдов падва."5 е". ат."/чтт тпро чн 0 с т ь с тт а р е 1 ых с. о ст /.т, тт с 3 цт б и т 3 к ) к прочности основтого т(/тте;ъ:д;т,. Фартула из обре-,с;пя Способ ультра 3 нуконай свдаки пластмассовых деталей ко ьцсными;ивам,т., ВКЛ 10 ЧДЮПИЙ РЯЗМС.БРНИС,Е ТЯ. 1 Е Й Мож/У Опорой и каттту 1)ным у;ть разсчкоБь:м т";ц-. струментам, сдан пина;и акустическото :(онтдктд,стыка между лета/ ми,цо нормально нводимыми улт, колебаниями,. поворот де тирующей с опорой атцс) пт, ко тактируи щеп с иттс.трументс)м, т Охлдж;еттче тСд лдг Пением, о т л ни и; и Й с ц тет что с цельо тьтттетия производительности пр; сварке деталей из па:тиямидав, после обра- ЗС)натиг РДС:ПГ.13 а Н:-ОЦЕ СтЫКа ДЕтаттЕЙ)" к/тточяют :Ормдттт цо вводимые ультраконье колебания 1 сцижают давлец:; сжатия дс 009-010 давления акуст:;кого контакта, а поворот детали, т(Се т(3 К т ИРУИИЕЙ С ОПС Рай, ОСУЩЕСтВЛЯЮт тт; )ЛО Ст 1 жЦИЯ ДДНЛСНИЯ, ВВОДЯ УЛЬтр;Укавые ко/пебди 5 с помощью диаметр;п-,цо расла/тажеттттьпт гто касательной с паттерхпо с:" и инс труме цтов, ц аи.:"т:,к:нных нят;стр .у дру" к другу1351811 Способ Время, с сварки ния 5,0 14,0 0,5 5,0 По прототипу Предлагаемый предварисовмест. тельноговращения нагрева Таблица 2 одлаьде цикласварки1351811 Ям мим Составитель И.Фроловадактор А,Маковская Техред М.Ходаннч ектор О. Кравцова 565 4 Проектн ственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород Про Заказ 5530/15 ВНИИПИ п 1130Тираж осудар лам из Москва венного ретений Ж, Р Подписикомитета СССи открытийушская наб.,