Sonotrodos grandes: estabelecendo novos limites

Solda tridimensional

Solda tridimensional de partes grandes é geralmente de difícil execução.

Um desafio particular é representado pela necessidade de transferência de energia vibracional ideal de modo com que ela possa ser distribuída uniformemente em cada ponto da geometria da solda.

Ideal significa que o movimento oscilante do sonotrodo, denominado amplitude, é disponível com magnitude exata, incluindo peças de contornos de junção tridimensionais problemáticas ou peças de solda muito grandes. Uma ferramenta de solda ideal está agora sendo desenvolvida atraves do método de elementos finitos (MEF) – (em inglês: Finite Element Method – FEM).

Através dele, o comportamento da vibração é simulado num computador com o objetivo de chegar o mais próximo possível da realidade.

Neste processo, uma atenção maior deve ser prestada às indesejadas ressonâncias secundárias (por exemplo vibracoes de flexão, torção).

Com o aprimoramento de algorítmos e ajustes das condições-limite, as simulações se tornaram cada vez melhores, aproximando-se ainda mais do resultado final.

A maioria das dificuldades técnicas podem ser previamente resolvidadas no modelo da simulação – excluindo a necessidade de reusinagem elaborada do sonotrodo que envolveria muito tempo e altos custos.

Assim como a simulação, a medição de alta precisão do sonotrodo é também um fator decisivo de sucesso.

Todas as frequências naturais com suas formas típicas de vibração são monitoradas por meio de vibrômetros de escaneamento a laser. Isso permite ajustes diretos em conformidade com a simulação.

Quando oscilando, a amplitude é precisamente checada em todos os pontos relevantes da solda – não é raro serem incluídos 50 diferentes pontos de medição.

O processo exige conhecimento profundo da acústica do ultrassom.

Um outro passo em progresso técnico são as novas funções do Software dos geradores 100% digitais, os quais tornam possíveis rodar sonotrodos de geometrias complexas.

Os sinais de input acústico de sonotrodos grandes podem ser perfeitamente ajustados.

Uma pré condição é que o conversor de ultrassom transforme esses sinais elétricos de alta frequência em vibração mecânica sem perda de qualidade.

Alça de um instrumento cirúrgico – superfície tridimensional com diferença de altura

Uma ferramenta de solda para unir a alça de um instrumento de lipossucção operado via bateria foi desenvolvida para um cliente norte americano da área médica.

Desafios foram apontados devido ao tamanho do produto e complexidade da superfície, com diferença de altura de até 12 mm na área de solda.

Cobrir o negativo do perfil do componente na ferramenta de solda, dada superfície de 220 mm × 180 mm, e fazendo com que oscile uniformemente, faz do sonotrodo uma obra-prima da tecnologia de vibração (imagens 1 e 2).

Imagem 4: sonotrodo para solda por ultrassom de um tanque
Imagem 4: sonotrodo para solda por ultrassom de um tanque

 

Imagem 2: Contorno de solda da alça plastica de um instrumento de lipossucção
Imagem 2: Contorno de solda da alça plastica de um instrumento de lipossucção

 

Munhequeiras: borda recortada e selada

Aqui, dois passos de processo são substituidos por somente um: solda e corte simultâneos.

Dois materiais não tecidos de aparência aveludada com insertos de “ gel pad” são soldados juntos por ultrassom, e ao mesmo tempo a borda é recortada completamente.

A engenharia por trás desse desenvolvimento é muito refinada, no qual utiliza-se um sonotrodo quadrado de 220 mm de comprimento em cada canto.

Para se evitar possíveis desgastes e quebras, o material do sonotrodo não é o titânio, mas aço temperado.

Sua usinagem é complexa: com diversos recortes nos dois lados e peso de 45kg.

O processo de endurecimento deve seguir um perfil preciso de temperaturas, assim as mudanças estruturais não afetam negativamente as características vibracionais (Imagem 3).

Imagem 3: Sonotrodo para recorte e solda de uma munhequeira
Imagem 3: Sonotrodo para recorte e solda de uma munhequeira

Tanques e contêineres: estanqueidade mandatória

Para a solda de um tanque de transbordamento, o cliente tinha um olhar profundo para diferentes métodos de junção.

Material de cola tem um alto custo e necessita de muito tempo para endurecer.

Na solda vibracional, existem desvantagens como alto custo da máquina e a possível geração de partículas.

Solda através de placa quente não é um processo econômico devido ao tempo longo de ciclo.

Com a solda por ultrassom, os desafios são o tamanho e a espessura das duas metades do tanque.

O cliente decidiu-se pelo processo de ultrassom, seguindo as recomendações da Herrmann Ultrassom no desenho do perfil de solda: um desenho “lingueta e ranhura” otimizado.

Com um berço bi partido, adequadamente posicionado e com as peças auto centralizadas, o processo pode ser realizado com uma repetibilidade confiável.

Um sonotrodo redondo com diâmetro de 260mm e usinado em alumínio provou ser a ferramenta com a geometria ideal (Imagem 4)

Imagem 4: sonotrodo para solda por ultrassom de um tanque
Imagem 4: sonotrodo para solda por ultrassom de um tanque

O artigo foi elaborado pela equipe técnica da Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG, empresa com sede em Karlsbad, Alemanha, fundada em 1961, que define, há vários anos, padrões na técnica de união por ultrassom para plásticos, não-tecidos e embalagens.

Sua gama de produtos inclui máquinas de soldagem por ultrassom completas, bem como módulos de soldagem por ultrassom e geradores de ultrassom integrados nas instalações automáticas.

Possui know-how especializado na fabricação de ferramentas de soldagem da técnica de oscilação, os chamados sonotrodos, os quais vibram com uma frequência de ultrassom e, assim, provocam a fundição dos materiais através do calor de fricção.

As máquinas da Herrmann Ultraschall para a soldagem de peças moldadas por injeção são aplicadas na técnica médica, na área automotiva, eletrônica e na produção de eletrodomésticos.

Os módulos de ultrassom são utilizados pela indústria de embalagem para produtos alimentares e medicamentos; a indústria da higiene une os módulos não-tecidos (por exemplo, fraldas e máscaras cirúrgicas), o que também é válido para o ramo da filtragem e da técnica médica.

Para melhor servir os clientes no mercado brasileiro, desde 2013 a Herrmann Ultrassom tem representantes no Brasil, baseados na região de Campinas-SP.

Contato: Andreas Haug e Catherine Dietz.

Buscando disseminar a tecnologia da Herrmann e orientar seus clientes sobre os princípios da solda por ultrassom e suas aplicações , a empresa oferece workshops 4 vezes ao ano para que as empresas aprendam, interajam e entendam o modo de operação das máquinas.

Para maiores informações, segue contato da empresa no Brasil:

Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG

ALEPLASTIC
Alameda Vênus, nº 731,
American Park Empresarial NR
Indaiatuba – SP, CEP 13347-659
Telefone +55 19 3936 2379 ou – 2354
+55 11 9 7142 1020
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