Drukuj

Jak wykonać narzędzia ultradźwiękowe


Przykład
Obliczamy narzędzie ultradźwiękowe (sonotrodę) zrobione z tytanu do zgrzewania polistyrenu o średnicy roboczej D2 =27 mm (A2 = 5,8 cm2).

Dane:
  • amplituda na czole falowodu x3 » 10 mm,
  • średnica wyjściowa falowodu D3 = 35 mm,
  • częstotliwość robocza f = 20 kHz,
  • rekomendowana amplituda do pracy z polistyrenem 15 – 25 mm x2 » 21 mm (przyjęta),
  • transformacja amplitudy b = x2/x1 = 21mm/10mm = 2,1 (przyjęta 2,15),
  • prędkość dźwięku w posiadanym tytanie v = 4950 m/s,
  • narzędzie stopniowe (z uskokiem średnicy) rys. 1.,
  • przełożenie narzędzia wynosi: b = A1/A2 Ţ A1 = b x A2 = 2,15 x 5,8 cm2 = 12,5 cm2 Ţ D1 = 39,9 mm » 40,0 mm,

Dane narzędzia:
  • D1 = 27,0 mm z założenia, A1 = 5,8 cm2,
  • D2 = 40,0 mm, A2 = 12,5 cm2,
  • v = 4950 m/s prędkość dźwięku w tytanie


Na podstawie tych danych przy pomocy rys. 4 wyznaczamy długości L1 i L2.
  • L1 = 61,4 mm,
  • L2 = 61,7 mm,


L0 = L1 + L2 = 61,4 + 61,7 = 123,1 mm + naddatek 2 mm dla L2,

Regeneracja narzędzia

W skutek pracy niszczy się powierzchnia robocza narzędzia. Czasami też ulega niewielkim uszkodzeniom powierzchnia przylegania do falowodu.

Powierzchnię tę należy zregenerować przez jej przeszlifowanie, a przy znaczniejszych uszkodzeniach przez przetoczenie i przeszlifowanie. Po regeneracji, narzędzie ulega skróceniu i częstotliwość jego pracy f staje się wyższa, może się znaleźć poza dozwoloną tolerancją pracy generatora.

Narzędzie, a właściwie cały układ drgający, może zacząć źle pracować. Możliwe jest niewielkie obniżenie częstotliwości narzędzia przez podciągnięcie w górę promienia przejściowego (skrócenie części L1). Czasami pozwala, to wydłużyć czas pracy narzędzia. Po pewnym czasie (kolejnych skracaniach) korekty przestaną być skuteczne.

Uwagi końcowe
Autor jeszcze raz podkreśla, że nie bierze odpowiedzialności za praktyczne stosowanie powyższych wiadomości. Należy pamiętać, że generator "widzi" układ przetwornik, falowód, narzędzie jako układ RLC, który powinien pracować w częstotliwości rezonansowej. Parametry generatora są tak dobrane przez producenta, żeby były spasowane z parametrami RLC układu drgającego.

Oprócz „głównego” piku rezonansowego, w jego okolicy znajdują się jeszcze inne piki, ale już poza maksimum optymalnej pracy. Należy zadbać o to, żeby dostroić się do właściwego punktu pracy układu.

Może się zdarzyć, że pomimo dostrojenia częstotliwości układu drgającego do częstotliwości będącej w przedziale tolerancji generatora, układ będzie pracował niewłaściwie, przeciążał generator lub nie osiągał oczekiwanej mocy. Jest to wynikiem tego, że zmieniając wymiary geometryczne narzędzia zmieniamy też jego masę czyli głównie pojemność i impedancję – tak to „dobiera” generator.

W przypadku jakichkolwiek kłopotów z prawidłowym zestrojeniem układów ultradźwiękowych, SonicArts ma możliwość sprawdzenia częstotliwości rezonansowej układu drgającego i rozkładu amplitudy drgań na powierzchni narzędzia.

Andrzej Waseńczuk
SonicArts