Многоточечная ультразвуковая сварка корпусных конструкций из жестких пластмасс Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2. ГОСТ 24642-81 (СТ СЭВ 646-77). Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения. Основные термины и определения. — Введ. 1981-01-07. М. : Изд-во стандартов, 1990. — 70 с.

3. ГОСТ 621-87. Кольца поршневые внутреннего сгорания. Общие технические условия. — Взамен ГОСТ 621-87. — Введ. 1989-01-01. — М. : ИПК Изд-во стандартов, 1989. — 33 с.

4. ТУ 3936-214-54769955-2008. Наборы щупов номеров 1, 2, 3, 4. Технические условия. — Введ. 2008-08-01. — М. : РМЦ Калиброн, 2008. — 3 с.

5. Глухов, В. И. Теория измерений геометрических величин деталей : учеб. пособие / В. И. Глухов — Омск : Изд-во ОмГТУ,

2012. — 108 с.

6. Автомобили ГАЗ 3102. Руководство по эксплуатации, ремонту и техническому обслуживанию / А. Д. Просвирин [и др.] ; под ред. гл. конструктора ОАО ГАЗ Ю. В. Кудрявцева — М. : Атласы автомобилей, 1988. — 276 с.

7. ГОСТ 24643-81 (СТ СЭВ 646-77). Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски формы и расположения. Числовые значения. — Введ. 1981-01-07. М.: Изд-во стандартов, 1981. — 16 с.

8. ГОСТ 4381-87 Микрометры рычажные общие технические условия. — Введ. 1988-01-01. — М. : Изд-во стандартов, 1982. — 37 с.

9. Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм : ГОСТ 8.051 —81. — Введен 1982 — 01 — 01. — Минск : Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации: Белорус. гос. ин-т стандартизации и сертификации, 2004. — 12 с.

10. Методические указания. Выбор универсальных средств измерений линейных размеров до 500 мм (по применению ГОСТ 8.051-81): РД 50-98-86. — Введ. 1987-01-07. — М. : Госстандарт СССР, 1987. — 68 с.

ЧИГРИК Надежда Николаевы, кандидат технических наук, доцент (Россия), заведующая лабораторией кабинета метрологии, преподаватель спецдис-циплина.

Адрес для переписки: ChigrikNadya @ yandex.ru

Статья поступила в редакцию 05.09.2013 г.

© Н. Н. Чигрик

УДК 621.791.16:621.397

Л. Л. ШЕСТЕЛЬ Ю. Л. СЛЯПИН В. Л. СОКОЛОВ Д. Л. КУТЛШОВ

Омский государственный технический университет

МНОГОТОЧЕЧНЛЯ УЛЬТРЛЗВУКОВЛЯ СВЛРКЛ КОРПУСНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ИЗ ЖЕСТКИХ ПЛЛСТМЛСС________________________________

Рассмотрен вопрос разработки технологии для многоточечной ультразвуковой сварки корпусных конструкций из жестких пластмасс.

Ключевые слова: многоточечная сварка, ультразвук, корпусные конструкции, технология, оборудование, жесткие пластмассы.

При изготовлении корпусных конструкций из жестких пластмасс для приборов различного назначения (радиоприемники, телевизоры, измерительные приборы) зачастую на рабочих поверхностях корпусов требуется устанавливать различные накладные — фальш-панели, акустические решетки радиоаппаратуры, декоративные или информирующие элементы — шильды, этикетки для ручек управления, шкалы для индикации сигналов и др. Совместное изготовление их с корпусами обычно методом литья под давлением либо существенно усложняет изготовление литьевых форм, либо нецелесообразно из технико-экономических соображений, связанных с частой необходимостью изменения несущей с помощью их информации.

Как правило, и корпуса, и вышеупомянутые накладные детали изготавливаются из широко применяемых в промышленности марок ударопрочного полистирола, например, УПМ-523, АБС и других пластиков, относимых по модулю упругости к жестким пластикам и, следовательно, хорошо передающим

ультразвуковые колебания на достаточно большие расстояния без существенных потерь энергии [1]. Традиционно, для фиксации таких деталей на корпусе, используют различные, малопроизводительные способы соединения пластмасс — склеиванием с применением органических растворителей, расплавлением специальных выступов на деталях нагретым инструментом, соединение пластмассовыми заклепками и др. Однако эти способы как правило требуют либо применения весьма токсичных органических растворителей, что делает производство достаточно вредным, с экологической точки зрения, наличие же выступов — расплавов, снижает эстетичность изделия, оказывая значительное влияние на его конкурентоспособность в сравнении с изделиями аналогичного профиля. Кроме того, упомянутые процессы требуют дополнительных расходов вспомогательных материалов и, как уже упоминалось, весьма малопроизводительны.

Присоединение таких деталей к корпусным изделиям с необходимыми потребительскими характерис-

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014

тиками и высокой степенью производительности может быть получено использованием ультразвуковой сварки (УЗС) [2]. Применение такой технологии позволяет исключить из технологического процесса применение высокотоксичных органических растворителей, существенно повысить производительность, уровень автоматизации процесса и улучшить товарный вид продукции. В то же время её применение ограниченно пока лишь в необходимости проработки специального инструментария и конструкторской корректировки сварочного узла установки, вызванного нерегулярностью форм корпусных изделий, к которым присоединяются обычно тонкостенные плоские детали, а также из-за значительных перепадов толщин этих деталей. По этому, при разработке новой технологии, требуется выполнение одновременно некоторого числа сварных точек с индивидуальной подстройкой параметров режима сварки для каждой точки в отдельности, что на современном уровне развития ультразвуковой сварочной технологии может быть решено достаточно просто [3].

Для решения поставленной задачи сварку накладных деталей к корпусу прибора предлагается осуществлять по разработанной авторами технологии одновременно несколькими акустическими головками относительно небольшой мощности, последовательно включаемыми в работу коммутирующим устройством. Предложенная технологическая схема показала относительную экономию энергии и возможность оперативной подстройки параметров режима индивидуально для каждой сварочной головки. Длительность ультразвукового воздействия при УЗС исчисляется десятыми долями секунды, поэтому последовательное включение головок лишь незначительно увеличивает общую продолжительность цикла сварки, существенно повышая качество сварных соединений.

Изделие представляет собой прямоугольную корпусную конструкцию, изготовленную из, указанного выше, ударопрочного полистирола УПМ-523 с габаритными размерами 110х100х40 с толщиной стенки 2,5 мм. Накладная лицевая панель представляет собой плоскую прямоугольную пластину толщиной 2 мм с необходимыми для функционирования прибора отверстиями, окнами, пазами, выступами. По периметру ее имеется конусный выступ высотой 0,6 мм и углом раскрытия 90о, равномерный в сечении по всей длине. По всей длине наружной стороны стенки корпуса имеется реборда, которая выполняет функцию фиксации панели от сдвига при сварке, а также способствует формированию шва при расплавлении материала конусного выступа накладной панели с появлением валика расплавленного материала в угловой по внутренней стороне стенки корпуса (рис. 1а).

0 1 0,2 03 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 11

--------1---------1----------1---------1---------1----------1--------------1—

0,2 0,4 0,6 0,8 10 12 14

а б

Рис. 1. Схема разделки кромок под сварку — (а) и сварного соединения после сварки — (б), накладной панели с корпусом прибора

Рис. 2. Зависимость прочности сварных соединений от:

1 — расстояния места приложения УЗК;

2 — сварочного давления;

3 — суммарного времени ультразвукового воздействия на свариваемое изделие

Исследования оптимальных параметров процесса сварки проводили на лабораторной установке, обеспечивающей условия выбранной технологической схемы. Сварку выполняли при амплитуде рабочих торцов инструментов 25 — 27 мкм, каждой из четырех головок, работающих на частоте 40 кГц [4] в режиме резонанса и установленными по углам корпуса. Переменными параметрами в экспериментах были выбраны — время ультразвукового воздействия на сварное соединение и усилие, оказываемое на детали сварочным инструментом. Изучали условия, обеспечивающие образование сварного соединения по всей поверхности контакта деталей, обладающего необходимой, в соответствии с техническими условиями, прочностью при отсутствии дефектов на внешней поверхности изделия.

Из сваренных изделий вырезали образцы размерами 10x40 мм, механические испытания на расслаивание в сочетании с изгибом, которых проводили на разрывной машине РП-100, а также изучали срезы сварных соединений (рис. 1б) оптическим методом при увеличении 90х. В ходе экспериментов было установлено, что максимальная прочность сварного соединения наблюдается под инструментом и на расстоянии от него по длине шва в пределах 30—45 мм. При дальнейшем удалении от места ввода колебаний прочность соединения существенно падает. Так, на расстоянии 50 — 65 мм от ввода колебаний ее значение снижается до 50 % и менее от прочности основного материала. При этом интенсивность снижения прочности соединения зависит от давления в зоне сварки, определяемого как величина прилагаемого к инструменту усилия в Н, на площадь рабочего торца инструмента в мм. (МПа). Так, при сварочном усилии, обеспечивающем давление в зоне сварке на уровне 0,5 — 0,6 МПа, максимальная прочность соединения наблюдается вблизи инструмента и более резкое падение её на удалении, что обусловлено деформацией деталей и расхождением стыка на периферийных участках. При снижении давления до 0,4 — 0,5 МПа прочность соединения незначительно снижалась под инструментом и заметно выравнивалась по длине стыка, распространяясь на периферию участка шва, охватываемого одним инструментом.

Также было установлено, что распределение прочности по длине шва не зависит от продолжитель-

ности сварки, плавно возрастая по всей длине шва в интервале выдержки от 0,1 до 1,9 с. Однако в ходе экспериментов было обнаружено, что при выдержках ультразвукового воздействия начиная с 1,6 — 1,7с наблюдается появление на поверхности изделия следов от механического воздействия рабочего торца инструмента и внедрение его в материал детали, чем ухудшается товарный вид изделия.

Оптимальные параметры режимов сварки лицевой панели к корпусу, полученные в ходе исследований, показаны на графике (рис. 2).

Анализ результатов проведенных исследований показал, что зависимости прочностных показателей от технологических параметров — времени сварки, сварочного давления, имеют экстремальный характер с максимальными значениями 1,3 с и 0,7 МПа (соответственно). В то же время кривая зависимости прочности сварных соединений от расстояния точки ввода ультразвуковых колебаний имеет монотонно убывающий характер, при этом допустимые значения прочности лежат в пределах 40 — 45 мм.

Выводы.

1. Предложены схемы сварки и принципы подбора основных параметров сварки изделий не регулярной формы типа корпусов приборов с элементами, типа накладных лицевых панелей измерительной и бытовой техники.

2. Разработана технология сварки и определены оптимальные интервалы ориентировочных режимов сварки упомянутых изделий на примере корпусных изделий из сополимера полистирола типа УПМ-523.

Библиографический список

1. Кацнельсон, М. Ю. Полимерные материалы / М. Ю. Кацнельсон, Г. А. Беляев. — Л. : Химия, 1982. — 317 с.

2. Волков, С. С. Сварка пластмасс ультразвуком / С. С. Волков, Б. Я. Черняк. — 2-е изд., перераб и доп. — М. : Химия, 1986. — 256 с.

3. Шестель, Л. А. Ультразвуковая сварка панели телевизора/ Л. А. Шестель, Ю. А. Саяпин, В. А. Соколов // Сварочное производство. — 1995. — № 8. — С. 6 — 7.

4. Волков, С. С. Разработка процесса ультразвуковой сварки изделий из полиэтилентерефталатных пленок / С. С. Волков, Л. А. Шестель, В. А. Соколов // Сварка и диагностика. —

2013. — № 2. — С. 58-62.

ШЕСТЕЛЬ Леонид Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение», секция «Оборудование и технология сварочного производства». САЯПИН Юрий Александрович, старший преподаватель кафедры «Машиностроение и материаловедение», секция «Оборудование и технология сварочного производства».

СОКОЛОВ Валерий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение», секция «Оборудование и технология сварочного производства». КУТАШОВ Дмитрий Анатольевич, ассистент кафедры «Машиностроение и материаловедение», секция «Оборудование и технология сварочного производства».

Адрес для переписки: [email protected]

Статья поступила в редакцию 13.03.2014 г.

© Л. А. Шестель, Ю. А. Саяпин, В. А. Соколов, Д. А. Куташов

Информация

V Международный конкурс идей 10-СНет

Компания «СИБУР» сообщает о проведении юбилейного V Международного конкурса идей Ю-СНет по инновационным решениям в области производства и применения нефтехимических продуктов.

Перечень номинаций конкурса включает в себя инновационные решения в областях:

— газопереработки газофракционирования;

— производства мономеров;

— производства и применения синтетических каучуков;

— производства и применения пластиков;

— производства и применения полиэтилена высокого давления и полипропилена;экологических проблем, связанных с производством и утилизацией нефтехимических продуктов.

В каждой из номинаций определен круг тем, идеям по которым будет отдаваться предпочтение при оценке. Ознакомиться с обозначенными темами можно на сайте компании «СИБУР» www.sibur.ru (раздел «Конкурс идей»).

Оценка поступающих идей будет осуществляться экспертным жюри конкурса по следующим параметрам:

— степень проработки, оригинальность и новизна предложенного решения,

— вероятность практической реализации,

— экономический эффект от практической реализации идеи,

— актуальность для бизнеса «СИБУР».

Общий призовой фонд V Международного конкурса идей Ю-СНет составляет 6 млн рублей. Участниками конкурса могут стать любые заинтересованные лица в России и за рубежом, которые до 31.10.2014 направят заявку и анкету участника на электронный адрес [email protected]. Форму заявки на участие в конкурсе и анкету участника можно также скачать на сайте компании «СИБУР».

Подведение итогов конкурса и награждение победителей состоится в декабре 2014 года.

Источник: http://www.rsci.ru/grants/grant_news/284/236458.php (дата обращения: 28.09.2014).

ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ