TPU и мягкие детали: почему мягкость мешает сварке

Уплотнения, мягкие накладки на рукоятки, влагозащитные заглушки и гибкие чехлы делают из TPU и подобных мягких материалов. Заказчики спрашивают, можно ли их сваривать; можно, но сначала нужно принять одно: мягкие материалы поглощают колебания.

Три физических факта

Высокое внутреннее демпфирование. Молекулярные цепи мягкого материала подвижны, поэтому значительная часть акустической энергии превращается в тепло уже по пути, и волна быстро затухает. Если сонотрод касается детали на некотором удалении от соединения, энергия расходуется, не дойдя до него.

Низкий модуль. Приложите усилие — и первой сплющится сама деталь. Кажется, что нагружается граница раздела, но большая часть хода уходит на деформацию материала, и реальное давление на границе намного ниже заданного.

Большая упругая отдача. Деталь восстанавливает форму, как только ультразвук прекращается, и при коротком времени выдержки восстанавливающийся материал разрывает часть только что образовавшегося соединения.

Что делать

Проектируйте под ближнее поле. Чем ближе точка касания сонотрода к соединению, тем лучше, идеально — прямо над ним. Сварка мягких материалов в дальнем поле практически неработоспособна, и это решается на чертеже, потому что позже исправить нечем.

Увеличьте площадь контакта сонотрода. При том же усилии удвоение площади вдвое снижает давление. Мягкая поверхность легко получает отпечаток, а большая площадь и уменьшает след, и равномернее распределяет нагрузку.

Снижайте усилие и переносите удержание на оснастку. Мягкую деталь нельзя удержать более сильным зажимом; больше усилие — больше искажений. Гнездо должно повторять контур детали и поддерживать её формой, а не давлением.

Увеличьте время выдержки. При большой упругой отдаче усилие должно сохраняться, пока зона сплавления действительно не затвердеет. На этой секунде экономить нельзя.

Рассмотрите более высокую частоту. Более высокая частота означает меньшую амплитуду и более мягкое механическое воздействие; расплата — меньшая доступная мощность и меньшая площадь сварки, которая мягким деталям обычно и не нужна.

Пара «жёсткое — мягкое» встречается чаще

В реальных изделиях мягкое с мягким сваривают реже, чем мягкую деталь с жёстким корпусом, а это поднимает вопрос совместимости. TPU сваривается с TPU. TPU с жёсткими аморфными смолами вроде ABS или PC не смешивается на молекулярном уровне и соединения не даст.

Столкнувшись с такой парой, не тратьте время на параметры. Меняйте метод: формуйте за одну операцию двухкомпонентным литьём, применяйте механическое соединение или расклёпывайте мягкую деталь на жёсткой. Расклёпывание не требует совместимости, поскольку удерживаемая деталь в сплавлении не участвует.

И ещё одно

Мягкие детали часто несут уплотняющую функцию, а герметичность оценивается по наличию хотя бы одного непрерывного пути утечки, а не по усилию на разрыв. Проектируйте соединение под непрерывный сплавленный поясок и проверяйте на течь каждую деталь; для уплотнений выборочный контроль недостаточен.

Матрица совместимости и размеры соединений — в справочниках на странице технические материалы. Варианты частоты, управление усилием и настройки выдержки — на страницах аппаратов ультразвуковой сварки.

Отправьте материал, чертежи и требование по герметичности на 1427498429@qq.com или позвоните: +86 769 8202 9510 / +86 137 6001 0932.