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Saldatura A Ultrasuoni Materie Plastiche

COS’È LA SALDATURA A ULTRASUONI

 

Si tratta di una sofisticata tecnica di saldatura che consente di unire due parti di plastica differenti in un corpo unico senza la necessità di utilizzare reagenti chimici o collanti.


Questa tecnica di saldatura consente di agire a livello molecolare con i polimeri della plastica. È necessaria una piccola percentuale di questi polimeri per far sì che la tecnologia sia efficace.

 

La diretta conseguenza è che questa metodologia di saldatura per la plastica è utilizzabile in un’ ampia gamma di campi applicativi.

COME LAVORANO GLI ULTRASUONI

 

Per consentire alle parti plastiche di essere saldate in maniera corretta, sono necessari degli elementi chiave: alla base del processo ci sono le vibrazioni ad alta frequenza e bassa ampiezza, che generano calore localizzato che andrà a fondere la plastica nella sua interfaccia.

 

Tali frequenze, impercettibili dall’orecchio umano, sono chiamate ultrasuoni.

 

La tecnica di posizionamento dei componenti nel momento della lavorazione avviene in maniera manuale o automatizzata, a seconda dell’applicazione; una parte è fissata su un posaggio statico, mentre la parte corrispondente è sottoposta alla vibrazione ultrasonica sinusoidale, perpendicolare rispetto all’area di contatto desiderata, emanata da un sonotrodo a ultrasuoni.

 

La frizione ottenuta tramite le vibrazioni provoca calore, che causa un rimescolamento dei polimeri di plastica. Con il raffreddamento i polimeri si stabilizzano, creando così l'unione delle due parti.

 

Sono stati ideati nuovi sistemi regolati da computer che consentono di controllare il tempo di saldatura, l’ampiezza e, soprattutto, l’ammontare di energia erogata sull’area di contatto dei componenti plastici per garantire poi un risultato ottimale.

COMPONENTI E FUNZIONAMENTO 

 

Un macchinario a ultrasuoni generalmente è composto da un generatore di energia, un convertitore, un amplificatore ed un sonotrodo.

 

I generatori raggiungono frequenze elettriche fino a 20 kHz.
Tali frequenze elettriche vengono trasformate in movimento meccanico grazie al convertitore contenente ceramiche piezoelettriche.
 

Il movimento meccanico è trasferito sull’ amplificatore, che aumenta l’ampiezza del movimento fino al sonotrodo - la cui geometria dipenderà dal particolare di plastica in saldatura.
 

In ultimo, la testa vibrante trasmette la vibrazione ai componenti sottoposti al processo di lavorazione.

 


FUNZIONAMENTO

 

Più in dettaglio, il generatore elettrico converte la potenza elettrica in potenza utile ad alimentare il convertitore ad ultrasuoni, monitorando in tempo reale i valori di frequenza, tensione, e corrente erogate. La potenza erogabile dal generatore varia a seconda del tipo e della quantità del materiale da saldare. 

Il sistema viene movimentato attraverso un sistema pneumatico o attraverso azionamenti elettrici a seconda che la saldatura sia fatta su assi orizzontali o verticali.

La battuta del sistema vibrante è quindi caratterizzata da una pressione aggiuntiva, che viene mantenuta durante ogni ciclo di saldatura.

Nei sistemi pneumatici questa viene ottenuta con una spinta degli stessi, mentre nei sistemi a movimentazione elettrica vengono applicati degli appositi pistoni ad aria compressa.

 

 

La catena di amplificazione della vibrazione è la parte più importante del sistema, in quanto deve essere progettata tenendo conto di vari fenomeni vibratori che si sviluppano al suo interno. Essa comincia dal convertitore - o trasduttore piezoelettrico - che trasforma la potenza elettrica in potenza meccanica, ovvero vibrazione. Si tratta di un sistema molto complesso, costruito per operare ad una certa frequenza, scelta come frequenza di lavoro.

 

 

Fissati al trasduttore attraverso delle viti di serraggio si trovano il booster e l’horn; quest’ultimo viene chiamato sonotrodo (letteralmente ”ciò che conduce il suono”). Questi dispositivi hanno la funzione di amplificare l’onda generata dal convertitore piezoelettrico e sono costruiti in modo da mantenere la stessa frequenza di tutto il sistema.

ll booster è utilizzato per amplificare l’ampiezza della vibrazione; il sonotrodo ha la stessa funzione ma è costruito con la parte finale più schiacciata, in modo da concentrare la vibrazione sulla parte finale direttamente a contatto con il materiale da saldare.

Entrambi i componenti sono costruiti in titanio o alluminio, in quanto questi materiali sono molto resistenti e permettono una propagazione efficiente dell’onda acustica.

 

I componenti possono avere dimensioni e forme che variano a seconda della superficie da saldare e del tipo di saldatura da ottenere. Normalmente i sonotrodi più lunghi di 75 mm vengono costruiti con delle fessure longitudinali che vengono chiamate cave. Queste sono necessari per limitare le vibrazioni solamente in direzione longitudinale e disaccoppiare eventuali altri moti vibratori trasversali o diagonali che ridurrebbero l’efficienza complessiva del sistema, dissipando energia meccanica.  

 

RUMOROSITÀ DEI SISTEMI A ULTRASUONI

 

Come tutte le macchine utensili, anche i sistemi a ultrasuoni possono, in funzione delle loro applicazioni, essere fonte di rumorore.
 

Tutte le macchine a ultrasuoni a prodotte da Sonic Italia sono state progettate per superare la soglia di udibilità umana (1700-1800 Hz); le oscillazioni delle apparecchiature rientrano nella gamma dei 20, 30 40000 Hz e non sono percettibili.

La grossa penetrazione dei termoplastici in vari settori tecnologici (settore auto, elettrodomestici, elettrico, medicale, componentistica, militare) ha creato una grandissima diversificazione a livello applicativo.
 

Nel caso di applicazioni particolarmente rumorose, dovranno essere predisposte ed applicate delle misure di protezione di differente grado:

 

  • Cuffia antirumore (protezione individuale, rumorosità localizzata)
  • Protezione circoscritta all’attrezzo saldante (rumorosità localizzata)
  • Cabina di insonorizzazione (protezione collettiva, forte grado di rumorosità)

 

Le apparecchiature Sonic Italia non generano radiazioni di nessun genere.
Il fastidio che si potrebbe generare è assolutamente imputabile ad un effetto meccanico acustico di risonanza dell’aria che genera onde sonore di riflesso. (Rif. Norm. 89/392 all. 1 punto 1.5 -1.75 parag. F)

In ogni caso, a livello statistico, si riscontra un grado di inquinamento acustico elevato solamente in una percentuale del 15-20% delle applicazioni sviluppate.

 

Sonic Italia è in grado di fornire consulenza ed eventualmente procedere allo studio di insonorizzazione da voi richiesta, tramite propri fornitori e tecnici specializzati.

 

I MATERIALI E LA SALDABILITÀ

 

Ribaditura e saldatura a ultrasuoni sono due differenti tecniche di assemblaggio.

 

Nella ribaditura si porta a fusione una massa di materiale e lo si sagoma come la testa di un rivetto; può perciò servire ad unire anche due particolari di diversa natura, come plastica e metallo.

 

A questo proposito, il grosso vantaggio della ribaditura ad ultrasuoni è che il sonotrodo è fatto risalire quando la plastica è ormai fredda, quindi i particolari uniti restano ancorati rigidamente.

 

Nella saldatura ad ultrasuoni con direttore di energia, invece, sono molto importanti i diversi parametri del pezzo da assemblare: il tipo di materiale, la sua forma, le deformazioni da stampaggio ad iniezione o termoformatura, il tipo di saldatura richiesto dal cliente (meccanica, a tenuta liquidi o a pressione), la distanza della zona da saldare dalla testa vibrante, ecc.

 

Per scoprire alcuni consigli costruttivi e dati tecnici, è possibile scaricare i PDF informativi nella sezione download.
Il personale tecnico di Sonic Italia è a disposizione per studiare soluzioni ad eventuali problematiche di lavorazione della plastica.

 

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