Introducir
La uniformidad de la amplitud (generalmente solo "uniformidad") es una medida de la variación de amplitud en una superficie dada.
Necesita una palanca de amplitud unificada
Por ejemplo, en una aplicación de soldadura de plástico ultrasónico, dos tiras uniformemente gruesas y muy flexibles se soldan juntas. Para soldar de manera uniforme a lo largo de la junta, se debe administrar una cantidad igual de energía ultrasónica a cada punto a lo largo de la junta soldada. Dado que la transferencia de energía es una función de la amplitud de la amplitud de la varilla de amplitud, la transferencia de energía igual requiere una amplitud igual de la varilla de amplitud en cada posición donde la varilla de amplitud contacta con la tira. Si la amplitud de la superficie de la varilla de amplitud es desigual, algunas partes de la articulación pueden tener soldaduras insuficientes, mientras que otras pueden tener soldaduras excesivas. Por lo tanto, la uniformidad de la amplitud en la superficie de la palanca de amplitud es una consideración importante en el diseño de la palanca de amplitud. (Nota: Actualmente, esta discusión se limitará a la uniformidad de la superficie de la bocina. Sin embargo, la uniformidad de amplitud de la superficie del tornillo también es importante y se discutirá más adelante).
Los requisitos de uniformidad precisos dependerán de la aplicación. Los plásticos rígidos pueden tolerar varillas de amplitud desiguales hasta cierto punto. Esto se debe a que el plástico duro puede transmitir energía ultrasónica a las áreas de las articulaciones adyacentes, lo que resulta en una distribución más uniforme de energía a lo largo de las articulaciones. Además, los plásticos rígidos permiten conexiones (directores de energía), a veces compensando la uniformidad insuficiente de la varilla de amplitud. Finalmente, muchas aplicaciones de soldadura de plástico solo requieren una cierta resistencia a la soldadura promedio, lo que permite algunas soldaduras sobre y bajo soldadura a lo largo de la junta.
Cuando se requiere una alta uniformidad:
1. Sellado. El sello hermético requiere suficiente fuerza de unión a lo largo de toda su periferia. El cuerno unificado aumenta la probabilidad de éxito.
2. Aplicaciones de películas delgadas. Al soldar películas delgadas (como telas de fibra sintética), la película es demasiado flexible para transmitir energía ultrasónica a áreas adyacentes. Además, esta película no puede diseñarse en colaboración con un director de energía. Por lo tanto, la responsabilidad total de la soldadura adecuada se encuentra con el cabezal de soldadura (suponiendo que el accesorio se haya diseñado correctamente).
3. Palanca de amplitud compuesta. La varilla de amplitud compuesta está compuesta por una varilla de amplitud madre conectada a una varilla de amplitud puntiaguda. Si la palanca de amplitud madre no tiene una amplitud de superficie uniforme, la palanca de amplitud de la punta se doblará. Esto puede conducir a la falla de fatiga de la varilla de amplitud de la punta, problemas de conexión entre la punta y la varilla de amplitud madre, fallas de flexión del convertidor, problemas de resonancia falsas y soldadura deficiente.
4. Conector de alta amplitud. Cuando la junta opera a alta amplitud, puede deteriorarse debido a micro movimientos en la interfaz de contacto. Esto dará como resultado la generación de calor y una mayor pérdida de potencia; Si el problema es severo, las articulaciones pueden quedarse atascadas. Si la articulación tiene alta amplitud y la uniformidad de la palanca de amplitud en la articulación es pobre, entonces este problema será aún peor.
Razones para la desigualidad
La amplitud desigual es causada por el acoplamiento de Poisson, por lo que cuando el resonador vibra longitudinalmente, "respirará" lateralmente. Sin embargo, esta respiración no es uniforme a lo largo del resonador, es decir, la cantidad de respiración es más alta en el punto de mayor tensión (estrés). Por lo tanto, para los resonadores no formados, la respiración será más alta en los nodos y más bajos (casi cero) en las superficies de salida y entrada. Esta distribución de respiración desigual conduce a una amplitud facial desigual. Este efecto se muestra en la siguiente figura.
El volumen de la respiración depende de tres factores
1. Ratio de Poisson. Los materiales con alta relación de Poisson respiran más, lo que resulta en una uniformidad de amplitud reducida.
2. Longitud de onda de línea fina. Los materiales con longitudes de onda cortas (bajas velocidades de onda) tienen una mayor tensión en una amplitud dada, lo que resulta en una mayor respiración.
3. Dimensiones horizontales. Un resonador con un ancho, grosor o diámetro más grande respirará más que su resonador más delgado.
El primer factor depende solo del material. El segundo factor depende del material (velocidad de onda) y la frecuencia. El tercer factor depende del diseño del resonador. La forma delgada de un resonador se puede definir combinando el segundo y tercer factores.
Para los resonadores no formados, la dimensión lateral es el diámetro. Por lo tanto, cuando el diámetro del resonador es igual a la mitad de la longitud de onda de la línea delgada, la longitud delgada es 1. 0.
La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia. Por lo tanto, si las dimensiones laterales del resonador permanecen sin cambios, el resonador puede parecer delgado a 20 kHz pero puede parecer "robusto" a 40 kHz. (No hay un valor delgado específico para considerar un resonador robusto).
Por lo tanto, para reducir la respiración y mejorar la uniformidad --
1. El resonador debe ser delgado (longitud de onda larga y dimensión lateral pequeña).
2. El material del resonador debe tener una relación baja de Poisson.
La siguiente tabla y gráfico muestran los efectos de una bocina Ø 125 mm no formada de 20 kHz hecha de materiales acústicos típicos (aluminio, titanio y acero) y dos materiales bastante extremos (compuesto de berilio de aluminio y latón).
Nota de tabla:
1. La palanca de amplitud no se forma y no tiene tornillos.
2. La siguiente tabla proporciona información adicional de la tabla anterior. Tenga en cuenta que las propiedades del material universal se utilizan para aluminio, titanio y acero.
3. El cálculo de la velocidad de onda de línea fina es
4. La longitud de sintonización dada solo es aplicable a la bocina de Ø 125 mm sin forma de 20 kHz.
5. La amplitud radial máxima ocurre en el nodo. Su valor está relacionado con la amplitud axial en el centro de la superficie de la varilla de amplitud.
