大型の超音波ホーンの作り方–II

前回のニュースでは、大型ストリップ超音波溶着スロット継手の設計手法を提案し、実験により検証しました。第一に、ストリップ溶接ホーンは合理的にいくつかのユニットに分割されているため、複雑な構造のスロット溶接ホーンの設計は、単純な溶接ホーンユニットの設計に変換されます。次に、結合振動を考慮して、ジョイント要素を等しい断面の半波発振器と比較します。ジョイントの周波数方程式は、等価機械インピーダンスの概念を使用して得られます。

最後に、溶接継手の振動特性に及ぼすスロット番号、スロット幅、スロット長さの影響を式を用いて調べた。この方法に従って、大きなサイズのストリップ溝のいくつかのグループが設計され、機械加工されました。実験結果は、溶接継手の共振周波数の測定値と理論値がよく一致していることを示しています。

下図のように。溶接ホーンの長さ、幅、厚さはそれぞれL、B、Tです。トランスデューサの励起方向としてz軸を想定します。動作周波数では、長方形の溶接継手はZ方向に1次の縦振動を生成します。ストリップ溶接継手の場合、L≥2T、B、Lを比較できるため、X方向の溶接継手の横振動は無視できます。

y方向の横振動は縦振動に大きな影響を与えるため、通常はスロットによってシミュレートされます。溶接ホーンは、Y方向にn個のスロットを均一に開くことにより、（n + 1）個のユニットに分割されます。各スロットの幅と長さはそれぞれWとL2であり、スロットはそれぞれ溶接ホーンl1とL3の入力端と出力端から分離されています。各ユニットが完全に等しくなるように、横方向の溶接ホーンの両端に幅W/2の溝を開く必要があります。したがって、各溶接金型ユニットは、長方形の断面を持つ複合台形ホーンです。各ユニットの両端と中央の幅をD1とD2とすると、上から見ることができます。L = L1 + L2 + L3

要素間のパターンが同じであるため、溶接の出力振幅もパターンを振動させ、組み合わせると、超音波ホーンもこのパターンを持つため、超音波モールドの設計は、任意の設計に簡略化されます。エレメント。また、比較的均一です。横振動を効果的に抑制し、溶接ホーンの剛性を一定にするために、溶接ホーンユニットの幅を溝で割った幅は一般的には！/ 8〜！/ 4（！は溶接ホーンの1次縦振動モードの波長です）、スロットの理想的な幅は約！/ 25〜！/ 20 [7]の場合、溶接継手の溝入れ数は上記の基準に従って決定できます。溶接ホーンユニットの幅は一般的に超えないので！PI / 4なので、1次元理論で概算できます。ユニット1の溶接ユニットは、3本の長方形の等断面バーで構成されていると見なすことができます。

溶接ホーンには、アルミニウム合金7075（ヤング率E = 7.17 * 1010N/M2密度ρ=2820kg/ m3、ポアソン比V = 0.34）を選択しました。式（1）〜（3）および（6）を使用して、異なるスロットの数n、長さL2、および幅Wを計算しました。ストリップ溶接ホーンの共振長Lが幅Bで変化すると、ストリップ溶接ホーンの共振長Lは幅Bで変化します。計算された共振周波数f = 20kHz、L1=L3です。スロットの長さと幅が一定の場合、スロット番号が異なると、共振長は溶接ホーンの幅に応じて変化します。L2 = 60mm、W=10mm。図１から分かるように。図２に示されるスロット付き溶接ホーンについては、図２に示されている。1、一次共振長は一次元理論（126mm）で計算したスロットなし溶接ホーンよりも短く、溶接ホーンの共振長は溶接ホーンの幅が大きくなるにつれて長くなりますが、増加は徐々に減少します。また、共振周波数と溶接幅が一定の場合、スロット数が増えると溶接部の共振長さが短くなります。

さらに、厚さの異なる3つの溶接継手をアルミニウム合金7075（上記と同じ材料）で機械加工しました。これら3つの溶接継手の厚さTと測定された調和振動周波数FMが与えられました。溶接ホーンの厚さが波長の4分の1未満（ここでは63mm）の場合、測定周波数と設計周波数の偏差は2％未満であり、エンジニアリングアプリケーションの要件を満たすことができます。

ロングストリップ超音波プラスチック溶接ジョイントは、いくつかの等しい要素に合理的に分割され、ジョイント要素の周波数方程式は、伝達行列法によって推定されました。スロットの幅と量およびサイズがわかっている場合は、この式を使用してストリップジョイントを便利に設計できるため、ストリップジョイントの設計の理論的基礎が得られます。また、スロット番号、スロット幅、スロット長さが溶接継手のサイズに与える影響を例を挙げて分析します。この方法は、溶接継手の最適化設計にも一定の影響を与えることがわかります。

ストリップ溶接ホーン振動解析後の分割溝、溶接ホーンは、見かけの弾性法と伝送ラインの効果の方法を使用して、エンドユニット本体とミドルユニットセルに分割できます。4つの異なるユニットの長さはそれぞれ与えられ、周波数方程式の方向性により、周波数方程式を使用して長い棒状の溶接ホーンを設計できますが、設計プロセスは複雑です。一部のパラメータの選択は経験に依存し、エンジニアリングアプリケーションには便利ではありません。本論文では、ストリップ溶接継手を合理的なスロットによっていくつかの等しい要素に分割し、溶接継手要素の周波数方程式は、ストリップ溶接継手の設計の理論的基礎を提供する転送行列法によって得られます。設計には、単純な理論計算と明らかな物理的意味があり、ストリップの工学設計のための単純で簡単な方法を提供します

溶接継手。