литература / Konstruirovanie_plastmassovykh_izdeliy_dlya_litya_pod_davleniem

Рис. 6.102. Типичная конструкция соединения пластмассовых деталей ультразвуковой свар­ кой с ограничением вытекания расплава

Рис. 6.103. Концентратор энергии может располагаться по всему периметру свариваемого изделия; когда от сварных швов герметичность не требуется, концентратор энер­ гии может быть выполнен прерывистым в зоне угла

Сварка в ближнем и дальнем поле

Очень важно, чтобы инструмент был в плотном контакте с деталью, площадь этого контакта была бы достаточной, и инструмент находился над соединяемой зоной. Рас­ стояние между инструментом и границей контакта соединяемых поверхностей суще­ ственно влияет на качество сварного шва (рис. 6.104). Соединения, которые находят­ ся на расстоянии не более б мм до поверхности соприкосновения инструмента и детали,

Совмещение деталей осуществляется с помощью формуемых на поверхности литой под давлением детали штырей, штифтов (рис. 6.106) или уступов (рис. 6.107).

Рис. 6.106. Центрирование деталей может быть облегчена с использованием отлитых штифтов или других элементов конструкции

Рис. 6.107. Использование ступенчатых элементов и ребер-проставок улучшает точность расположения деталей

Ступенчатые соединения

Простое соединение встык можно легко видоизменить для получения более каче­ ственных соединений. Ступенчатое соединение (рис. 6.108 и 6.109) обеспечивает со­ противление растягивающим и сдвиговым нагрузкам в процессе эксплуатации.

Ступенчатое соединение, показанное на рис. 6.108, имеет наружный буртик, кото­ рый маскирует любой технологический дефект и улучшает внешний вид изделия. Ребра-проставки, которые были описаны выше (рис. 6.107), используются для повы­ шения точности совмещения деталей и минимизации зоны смещения поверхностей в зоне контакта.

Рис. 6.108. Типичная конструкция ступенчатого соединения, осуществляемого ультразвуко­ вой сваркой

Рис. 6.109. Поперечное сечение свар­ ного ступенчатого соеди­ нения, полученного с помо­ щью ультразвуковой сварки. Выступы улучшают цент­ рирование деталей и маски­ руют наплыв материала

Соединения «шип в паз»

Соединения типа «шип в паз», аналогичные показаному на рис. 6.110, создают прочное соединение, устойчивое к сдвигу и растяжению.

В процессе сварки расплав образующийся в зоне воздействия концентратора энер­ гии, заполняет нижнюю полость и нагнетается вверх через вертикальную щель. В резуль­ тате этого увеличивается площадь контакта соединяемых поверхностей и повышается

Рис. 6.110. Типичная конструкция соедине­ ния «шип в паз» для выполне­ ния ультразвуковой сварки

прочность соединения. Толщина стенок деталей в зоне сварки должна быть увеличен­ ной, чтобы обеспечить размещение элементов соединения. Ребра-проставки, анало­ гичные показаным на рис. 6.107, повышают точность совмещения деталей в изделии.

Соединения со сдвигом материала

Существует много различных конструкций таких соединений, рекомендуемых для трудно свариваемых полимерных материалов, а также когда требуется герме­ тичность шва. Типовые разновидности соединений со сдвигом материала изображены на рис. 6.111. Они используются для деталей как цилиндрической, так и прямоуголь­ ной форм, позволяет добиться высокой прочности сварных швов.

Соединения со сдвигом материала хорошо подходят для частично кристалличе­ ских термопластов, поскольку дают возможность получить более прочное соедине­ ния, чем соединения, при выполнении которых используется концентратор энергии. Детали, поступающие на сборку, создают в зонах перекрытия натяг и приводят к ло­ кальному сдвигу материала, когда в процессе сварки детали впрессовываются друг в друга. Направляющая часть деталей помогает их выравниванию. Угол в верхней части зоны натяга срезан с одной стороны вниз от начальной точки контакта (рис. 6.111, вверху слева). Это способствует концентрации энергии, необходимой для плавления материала деталей. Обе контактирующие поверхности деталей в процессе сварки рас­ плавляются равномерно, так как температура плавления материала поддерживается по всей области контакта [56]. Величина натяга составляет 0,13-0,51 мм на участке высотой 1,0-2,0 мм. Вертикальные стенки деталей должны быть прочно закреплены с помощью фиксирующих устройств. В идеале верхняя деталь должна быть как мож­ но меньше. Однако соединения «шип в паз» со сдвигом материала с одной стороны могут быть использованы в изделиях с более глубокими пазами (рис. 6.111) [57].

458 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Рис. 6.111. Типичная конструкция соединения со сдвигом материала, выполняемого ультра­ звуковой сваркой (вверху). Типовая конструкция соединения со сдвигом матери­ ала в середине стенки (внизу)

Соединения «на ус»

Соединения «па ус» применяют тогда, когда требуется получить прочные и герме­ тичные сварные швы у изделий из аморфных и частично кристаллических термопла­ стов. У соединений «на ус» взаимное расположение свариваемых деталей устанавли­ вается «автоматически». Эти соединения чаще всего используются в деталях малого размера, имеющих круглое или овальное сечение. Потребность в энергии для получе­ ния соединений «на ус» очень высока. Соединения «на ус» (рис. 6.112 и 6.113), имеют несколько конфигураций [56,58].

Соединяемые «на ус» детали имеют скосы под углом от 30 до 60°, которые должны совпадать у обеих деталей с точностью ±Г. Натяг должен составлять 0,10-0,25 мм. Ловушки используются, если наплыв недопустим с функциональной или эстетиче­ ской точки зрения [58] (рис. 6,113).

Сварка с дополнительным введением эластомерной прокладки

Надежные герметичные сварные швы могут быть получены с помощью эластомер? ных уплотнительиых колец или прокладок [59]. В одну из соединяемых деталей, по­ казанных на рис. 6.114, вкладывают кольцо из эластомера для повышения надежности

уплотнения шва, изготовленного с помощью ультразвуковой сварки или в случае, когда непрерывный сварной шов по всему периметру исполнить невозможно.

Приварка штифтов

Установка для ультразвуковой сварки может быть использована для получения точечных сварных швов типа «штифт/гнездо» (рис. 6.115). Такие соединения ис­ пользуются при сборке изделий из одного и того же материала, когда не требуется

Рис. 6.115. Установка для ультразвуковой сварки может быть использована для изготовле­ ния соединений типа «штифт/гнездо» [43]

герметичности шва. Эти соединения относятся к сварным соединениям со сдвигом материала по цилиндрическим поверхностям. Как штифт, так и отверстие в детали используются для позиционирования и совмещения деталей. Ловушки для сбора избытка расплава также могут быть предусмотрены в деталях (рис. 6.115). Для дости­ жения оптимальной прочности глубина введения штифта должна составлять около половины его диаметра [51, 56,59].

Ультразвуковая клепка

К одному из вариантов сборки изделий с применением ультразвука относится ультразвуковая клепка. Этот метод образования соединения используется для скрепления детали из термопласта с другой деталью, изготовленной из материала, отличного от материала первой детали (рис. 6.116). Стержень (шпилька) из термо­ пласта, отлитый совместно с деталью (нижней), проходит сквозь отверстие в верхней детали. После чего ультразвуковые колебания воздействуют на верхнюю часть стер­ жня, которая расплавляется и заполняет объем в полости инструмента, таким обра­ зом фиксируя вторую верхнюю деталь.

Штифт или втулка должны иметь закругление или галтель у основания, чтобы пре­ дотвратить их растрескивание или плавление. Верхняя часть втулки должна быть скон­ струирована так, чтобы поверхность начального контакта с инструментом была мини­ мальной. Это позволяет сконцентрировать в месте контакта энергию ультразвука. Верхняя часть втулки может быть плоской или конической; последняя предпочтитель­ нее для частично кристаллических или наполненных термопластов.

Рис. 6.116. Установка для ультразвуковой сварки может быть использована для изготовле­ ния заклепок различной конфигурации [51]

Цельность формы головки, изготовленной с помощью ультразвука, стержня и полости зависит от соотношения объемов стержня и полости инструмента. Пра­ вильно выбранная конструкция верхней части стержня обеспечивает оптимальную прочность соединения и хороший внешний вид головки, минимальный наплыв. Мо­ гут быть изготовлены головки различной формы, включая те, которые показаны на

рис. 6.116 [51, 56J.

Стандартная головка

Эта универсальная головка рекомендуется для стержней с плоским торцом как из жестких, так и из эластичных не оказывающих абразивного возействия термоплас­ тов, имеющих диаметр от 1,6 до 4 мм.

Выпуклая головка

Выпуклая головка рекомендуется для заклепок с диаметром менее 1,6 мм. Стержень должен иметь наконечник конической формы, чтобы уменьшить потери энергии. Выпук­ лая головка рекомендуется для пластмасс, оказывающих абразивное действие.

Потайная головка

Такие головки применяют в изделиях, где требуется плоская или ровная поверх­ ность, и если толщина присоединяемой детали позволяет это, рекомендуется исполь­ зовать стержни с конической верхней частью.

462 КОНСТРУИРОВАНИЕ ПЛАСТМАССОВЫХ ИЗДЕЛИЙ ДЛЯ ЛИТЬЯ ПОД ДАВЛЕНИЕМ

Головка пустотелой заклепки

Стержни, имеющие диаметр более 4 мм, могут быть пустотелыми или полупусто­ телыми. Применение полых стержней позволяет уменьшить вероятность образова­ ния утяжин и усадочных пустот у основания стержня. Пустотелые стержни легко охладить благодаря их относительно тонким стенкам.

Замковое соединение

Установка для ультразвуковой сварки может быть использована для изготовле­ ния замкового соединения, когда нельзя сверлить сквозные отверстия в сопрягаемой детали (рис. 6.117). Для этой цели используется отлитый совместно с деталью стер­ жень и глухое поднутрение на поверхности сопрягаемой детали. В процессе воздей­ ствия ультразвука стержень будет размягчаться, и расплав заполнит полость с под­ нутрением, где охладится, создав замковое соединение [62J.

Рис. 6.117. Пример механического замка, сформированного с помощью ультразвука [62]

Влияние свойств материала на свариваемость ультразвуком

Ультразвуковая сварка пригодна для соединения деталей из большинства термо­ пластов. Однако, выбирая ультразвуковую сварку, следует учитывать характеристи­ ки материала, включая морфологию, вязкость в расплавленном состоянии, вязкоупругое поведение, гигроскопичность и присутствие добавок.

Аморфные термопласты

Аморфные термопласты, особенно находящиеся в стеклообразном состоянии при комнатной температуре, отлично подходят для ультразвуковой сварки [51, 56, 63]. Стеклообразные аморфные термопласты из-за их неупорядоченной молекулярной структуры являются отличными ретрансляторами энергии вибраций. Свариваемость аморфного термопласта зависит от температуры стеклования Т и от жесткости. Стеклообразные аморфные термопласты постепенно, по мере увеличения температу­ ры, переходят из стеклоподобного состояния в размягченное и затем окончательно расплавляются. По мере охлаждения наблюдается обратный процесс, который по­ зволяет пластмассе течь и диффундировать без преждевременного затвердевания. Плавные термические переходы наделяют эти материалы гибкими конструкционны­ ми и технологическими свойствами. Их можно обрабатывать с низкими энергетиче­ ским и затратами. Хорошие трансмиссионные свойства стеклообразных материалов