مدلسازي عددي ابزارهاي غلتكي جوشكاري فراصوتي مواد گرمانرم

Numerical Modeling of Roller Tools for Ultrasonic Welding of Thermoplastic Materials

جوشكاري فراصوتي يك روش نوين و اقتصادي براي اتصال قطعات از جنس مواد گرمانرم مانند پلاستيك، منسوجات و مواد غيرهمجنس به‌ويژه درتوليد انبوه و با كيفيت است. مهم‌ترين ويژگي هاي جوشكاري فراصوتي كه آنرا از روش‌هاي ديگر جوشكاري و اتصال مواد گرمانرم متمايز مي‌كند حداقل تاثير گذاري بر ساختار مواد، تميزي و استحكام بالاي اتصال به همراه سرعت زياد انجام فرآيند است. انتقال‌دهنده و ابزار از اجزاي اصلي سيستم جوشكاري فراصوتي هستند كه علاوه بر انتقال امواج و تمركز مناسب انرژي، فشار لازم براي نگهداري سطوح اتصال ذوب‌شده به‌منظورتشكيل جوش را تأمين مي‌كنند. در اين پژو هش طراحي و مدلسازي ابزار غلتكي جوشكاري پيوسته با استفاده از روش عددي اجزا محدود توسط نرم افزار ABAQUS 6.12 انجام شده است. مقدار فركانس طبيعي و شكل مود و ساير پارامترهاي طراحي و رفتار مجموعه در حين اعمال نوسانات براي 4 نوع ابزار غلتكي مختلف شامل نوع مخروطي شياردار، پله اي شياردار، پله اي بدون شيار و نوع زنگوله اي شبيه سازي شده است. نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه انتقال دهنده پله اي بدون شيار بيشترين ضريب تقويت را دارد ليكن توزيع جابجايي شعاعي در ابزار و انتقال دهنده هاي مخروطي و پله اي نوع شيار دار نسبت به ساير ابزارها غير يكنواخت تر مي باشد. همچنين در ابزار و انتقال دهنده نوع پله اي بدون شيار و زنگوله اي بازده تبديل نوسانات طولي به شعاعي بالاتر و توزيع جابجاي شعاعي به صورت يكنواخت تر مي باشد كه در نتيجه شرايط طراحي بهينه را بهتر تامين نموده است.

mass and high quality production assembly parts. The most important and distinguished property of this method to other fabrics and plastic sewing methods is the minimum destruction of materials and fibers because the maximum produced heat occurs in the contact interface. Horn is one of the basic parts of the ultrasonic welding which in addition on the transmitting waves and appropriate energy concentration, provides the necessary pressure to keep the melted joint interfaces together in order to form a weld. The purpose of this paper is to study the design of a roller type tool by numerical method using finite element method. In this research, the design and modeling of continuous welding roller tools was performed using numerical finite element method by ABAQUS 6.12 software. By simulating and analyzing include natural frequency and harmonic analysis, the frequency, mode shape and other design parameters and behavior of the collection during applying oscillations for 4 types of horns include conical integrated, stepped with grooves integrated, stepped without grooves integrated and bell-like horn were derived. The result of the different horns shows that the stepped without groove horn has the highest gain, but the radial displacement distribution in the conical integrated and stepped with groove horns is more non-uniform than other horns. Also, in the stepped without groove and bell-like horn, the efficiency of the conversion of longitudinal to radial displacement and the uniform distribution of radial displacement is more uniform, which results in better optimal design conditions.