شبیه‌سازی و بررسی عددی اثر پارامترهای فرآیند جوشکاری فراصوتی ورق‌های پی‌وی‌سی

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

2 کارشناسی مهندسی مکانیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان

چکیده

جوشکاری فراصوتی یک روش نوین و اقتصادی برای اتصال قطعات هم جنس و غیرهم جنس بویژه قطعات از جنس مواد گرمانرم مانند پلاستیک و منسوجات در تولید انبوه و با کیفیت است. مهم‌ترین ویژگی‌های جوشکاری فراصوتی که آن را از روش‌های دیگر جوشکاری و اتصال مواد گرمانرم متمایز می‌کند حداقل تاثیر گذاری بر ساختار مواد، تمیزی و استحکام بالای اتصال به همراه سرعت زیاد انجام فرآیند است که در نتیجه در مقایسه با سایر فرآیندها بهره‌وری بالایی ایجاد می نماید. برای رسیدن به یک جوش باکیفیت مناسب و استحکام بالا در روش جوشکاری فراصوتی نیاز است که پارامترهای مؤثر فرآیند مشخص و تأثیر هر یک مورد مطالعه قرار گیرد. در این مقاله مدل‌سازی فرآیند جوشکاری فراصوتی توسط نرم‌افزار اجزا محدود آباکوس برای ورق از جنس پی‌وی‌سی در دامنه‌های نوسان، فرکانس نوسان و فشار استاتیکی مختلف انجام و اثر آنها بر روی مقدار تنش نرمال در سطح فصل مشترک قطعات جوش داده ‌شده مورد بررسی قرار گرفته‌است. جهت بررسی اثر هریک از پارامترها و اثر متقابل آنها از روش طراحی آزمایش سطح پاسخ استفاده شده ‌است. نتایج بدست آمده نشان داد که هر سه پارامتر دامنه، فرکانس و فشار بر تنش نرمال مؤثر بوده و دامنه نوسان بیشترین تأثیر و اثر فشار و فرکانس تقریباً یکسان است، به‌طوری که افزایش فشار باعث کاهش و افزایش فرکانس باعث افزایش تنش نرمال می‌گردد. مقدار و شرایط بهینه برای بیشترین تنش نرمال با دامنه نوسان 60 میکرومتر، فرکانس 20 کیلوهرتز و فشار 3.5 بار بدست آمده ‌است.

کلیدواژه‌ها


[1] Flood, G. Ultrasonic bonding of nonwovens. Tappi journal, 72(5):165–170, 1989.
[2] Al-Budairi, Hassan Dakhil. Design and analysis of ultrasonic horns operating in longitudinal and torsional vibration. Ph.D. thesis, University of Glasgow, 2012.
[3] Khmelev, Vladimir N, Slivin, Aleksey N, Lehr, Andrey V, and Abramov, Aleksey D. Theoretical investigations of continuous ultrasonic seam welding of thermoplastic polymers and fabrics. in 2010 11th International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, pp. 341–344. IEEE, 2010.
[4] Shi, Hui, Wang, Jianping, Chen, Xiaona, Luo, Shunhua, and Zhang, Lingxi. Research on the seam performance of waterproof clothing based on continuous ultrasonic welding technology. International Journal of Clothing Science and Technology, 28(2):171–190, 2016.
[5] Troughton, Michael J. Handbook of plastics joining: a practical guide. William Andrew, 2009.
[6] Shi, Weihua and Little, Trevor. Mechanisms of ultrasonic joining of textile materials. International Journal of Clothing Science and Technology, 12(5):331–350, 2000.
[7] Nesterov, Viktor A, Khmelev, Vladimir N, Slivin, Aleksey N, and Lehr, Andrew V. Research of transformation of longitudinal ultrasonic vibrations into radial ones. in 2011 International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices Proceedings, pp. 288–291. IEEE, 2011.
[8] Khmelev, Vladimir N, Nesterov, Viktor A, Slivin, Aleksey N, Khmelev, Sergey S, and Abramov, Alexey D. The development of ultrasonic vibrating system for continuous seam welding. in International Conference and Seminar of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices, pp. 157–161. IEEE, 2012.
[9] Kei-Lin, KUO. Ultrasonic vibrating system design and tool analysis. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 19:s225–s231, 2009.
[10] Parmar, Umang and Pandya, DH. Experimental investigation of ultrasonic welding on non-metallic material. Procedia Technology, 23:551–557, 2016.
[11] Chinnadurai, T, Vendan, Arungalai, Mohan Raj, N, and Prakash, N. Studies on ultrasonic welding of polycarbonate and acrylonitrile butadiene styrene blends. Journal of Chemical Technology and Metallurgy, 52(1):41–51, 2017.
[12] Kumar, J Pradeep and Prakasan, K. Experimental studies on joining copper wire-copper sheet using ultrasonic metal welding. International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development (IJMPERD) ISSN, pp. 2249–6890.
[13] Zhao, Dewang, Zhao, Kunmin, Ren, Daxin, and Guo, Xinglin. Ultrasonic welding of magnesium–titanium dissimilar metals: A study on influences of welding parameters on mechanical property by experimentation and artificial neural network. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 139(3):031019, 2017.
[14] Lee, Dongkyun, Kannatey-Asibu, Elijah, and Cai, Wayne. Ultrasonic welding simulations for multiple layers of lithium-ion battery tabs. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 135(6):061011, 2013.