Jak wykonać narzędzia ultradźwiękowe

Andrzej Waseńczuk z firmy SonicArts specjalnie dla serwisu Plastech.pl charakteryzuje narzędzia ultradźwiękowe. Przybliża ich specyfikę i doradza w jaki sposób samodzielnie wykonać proste narzędzia. W tym celu podaje podstawowe informacje związane z ich projektowaniem.

Wstęp

Narzędzia ultradźwiękowe służą do przekazywania energii drgań z przetwornika lub falowodu do powierzchni roboczej, a także zazwyczaj do zmiany wielkości amplitudy drgań.

Projekt i wykonanie narzędzia ultradźwiękowego wymaga staranności i wiedzy. Niepoprawnie wykonane narzędzie może nie dawać pożądanej jakości zgrzewów w łączonych detalach, może odstroić układ drgający od częstotliwości roboczej, a w skrajnym przypadku może nawet doprowadzić do zniszczenia przetwornika lub generatora. I właśnie to jest głównym powodem stanu, że firmy produkujące urządzenia ultradźwiękowe zalecają stosowanie narzędzi zaprojektowanych i wykonanych przez nie lub przynajmniej autoryzowanych. Stosowanie nieautoryzowanych narzędzi może być bowiem przyczyną utraty gwarancji na podzespoły ultradźwiękowe.

W kontaktach z klientami odniosłem wrażenie, że ze względu na wysokie ceny narzędzi, nie dowierzają tym informacjom i gotowi są eksperymentować samodzielnie. W tej sytuacji pragnę przybliżyć zagadnienie i umożliwić wykonanie prostszych narzędzi samodzielnie, podaje podstawowe informacje związane z ich projektowaniem.

Podkreślam, że są to metody przybliżone i uproszczone. Autor w żadnym wypadku nie ponosi odpowiedzialności za ich stosowanie i wynikłe z tego konsekwencje.

Podstawowe typy narzędzi

Na rysunku 1 pokazano typowe przykłady najczęściej spotykanych narzędzi
o przekrojach kołowych.

Średnicą D1 narzędzia są przykręcane do przetwornika lub falowodu, D2 jest natomiast średnicą powierzchni roboczej. Najczęściej stosowaną konstrukcją ze względu na prostotę obliczeń i możliwość łatwej korekty są narzędzia z uskokiem. Najkorzystniejszym rozwiązaniem, ale i najtrudniejszym do wykonania i korekty jest narzędzie z powierzchnią boczną wykładniczą.

Na rysunku 2 pokazano często występujące narzędzia prostopadłościenne. Widoczne podłużne otwory służą do łamania fali poprzecznej i skierowania głównego strumienia drgań od powierzchni przejmującej do powierzchni roboczej. Tego typu narzędzia mają znaczne powierzchnie robocze i ważne jest, żeby występujący na nich rozkład drgań był możliwie równomierny. Odradzam samodzielne wykonywanie tego typu narzędzi, gdyż bez możliwości symulacji rozkładu amplitudy drgań, na podstawie obliczeń przybliżonych ich poprawne zaprojektowani jest prawie niemożliwe.

Na rysunku 3 pokazano narzędzie składane. Jeżeli materiały części będącej korpusem i elementów roboczych są różne to i wartość l/2 dla tych części też są różne.