Sonotrode 설계는 자동차 어셈블리의 초음파 용접 성공의 열쇠입니다

Herrmann은 엔진실용 알루미늄 코팅 단열 패널을 용접하는 임무를 맡았습니다. 사진 제공: Herrmann Ultrasonics Inc.

6축 로봇은 초음파 점용접 도구를 사용하여 엔진실용 플라스틱 단열 패널을 조립합니다. 사진 제공: Herrmann Ultrasonics Inc.

초음파 용접은 투명 플라스틱 렌즈를 밀폐 밀봉된 플라스틱 본체에 부착하는 데 사용됩니다. 부품의 복잡한 3D 형상과 클래스 A 표면은 용접하기가 어렵습니다. 사진 제공: Herrmann Ultrasonics Inc.

주간 주행등의 변형 모델을 조립하기 위해 이 초음파 용접기의 모든 부품은 주 기계에서 분리하여 다른 프레임으로 교체할 수 있는 "퀵 체인지 툴링 프레임"을 형성합니다. 사진 제공: Herrmann Ultrasonics Inc.

Herrmann은 재료 릴에서 폴리에스터 멤브레인을 동시에 펀칭하여 플라스틱 하우징에 용접하는 새로운 초음파 용접기를 출시했습니다. 사진 제공: Herrmann Ultrasonics Inc.

이 초음파 용접기는 시간, 에너지, 전력, 절대 거리(용접 거리의 끝점) 및 RPN 거리(용접 깊이를 시작점까지 참조)의 5가지 작동 모드를 제공합니다. 사진 제공: Herrmann Ultrasonics Inc.

초음파 용접은 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 적용 분야는 내부 구성 요소(측면 도어 트림, 센터 콘솔)부터 엔진실 구성 요소(실린더 헤드 커버, 엔진 커버), 조명, 필터 및 음향 폼에 이르기까지 다양합니다. 예열 시간 없이 용접기를 즉시 작동할 수 있습니다. 사이클 시간이 짧고 에너지 소비가 적습니다.

효과적인 프로세스를 위해서는 혼 또는 소노트로드라고 불리는 용접 도구가 효과적으로 진동하면서 부품의 모양에 맞도록 설계되어야 합니다. 이는 재료 혼합과 비대칭 모양으로 인해 플라스틱 부품을 용접하기 까다로울 수 있는 자동차 산업에서 특히 그렇습니다.

플라스틱 접합 분야에서 50년 이상의 경험을 보유한 Herrmann Ultrasonics는 소노트로드 설계에 대해 한두 가지를 배웠습니다.

모든 접합 기술은 다르거나 어려운 재료를 접합해야 할 때, 특히 부품의 모양이 비대칭인 경우 한계에 도달합니다. 예를 들어 열판 용접의 경우 이러한 문제로 인해 온도 분포가 고르지 않을 수 있습니다. 일부 영역은 너무 뜨거워져 실이 생길 수 있습니다. 다른 부분은 차갑게 유지되어 균일하게 접착되지 않을 수 있습니다. 진동 용접의 경우 접합 부위에 추가 플라스틱이 필요합니다. 결과적으로 용접 중에 다량의 용융 재료가 생성됩니다. 이 재료는 조인트 밖으로 밀려나와 보기 흉한 접착 라인을 만들 수 있습니다.

초음파 용접은 복잡한 3D 형상 부품을 접합할 때 이러한 물리적 한계를 겪기도 합니다. 그러나 FEA(유한 요소 분석)를 사용하여 소노트로드의 치수를 올바르게 지정하면 초음파 용접은 다음과 같은 많은 이점을 제공합니다.

한 응용 분야에서 Herrmann은 엔진실용 알루미늄 코팅 단열 패널을 용접하는 임무를 맡았습니다. 재료 조합은 매우 훌륭했습니다. 알루미늄 코팅 폴리우레탄(PU) 흡음 매트는 유리 섬유 강화 폴리프로필렌(PP) 패널에 접착되어야 했습니다. 그것이 충분하지 않다면 6개의 서로 다른 부품을 용접해야 했습니다.

이 애플리케이션은 부품의 영구적이고 안전한 결합을 위한 실질적인 과제를 나타냈습니다. 비용 고려 사항과 재료 조합으로 인해 접착제가 작동하지 않습니다. 클램핑 요소나 나사는 모터 작동 중에 느슨해질 수 있기 때문에 너무 위험했습니다. 레이저 용접, 적외선 용접, 진동 용접 등 다른 열 접합 방법은 모두 적합하지 않았습니다.

휴대용 초음파 용접기를 사용한 초기 테스트에서는 긍정적인 결과가 나왔습니다. 중간에 알루미늄 층이 있음에도 불구하고 PU 매트와 사출 성형된 PP 부품 사이에 긴밀한 접합이 생성될 수 있습니다. 초음파 진동이 알루미늄 코팅을 관통하여 PP 부품의 분자에 에너지를 공급하는 것이 가능했습니다.

그런 다음 반복 가능한 용접 결과를 얻고 고객의 인장 강도 요구 사항인 용접 지점당 최소 50뉴턴을 보장하는 방법이 과제였습니다. 내마모성 경화강이 소노트로드에 적합한 소재임이 입증되었습니다. Herrmann 엔지니어는 용접 지점 위치를 결정하고 클램핑 시스템 및 부품 스캐닝 센서를 포함한 복잡한 고정 장치를 설계했습니다.