초음파 플라스틱 용착 원리
초음파 진동이 가해지면 용착면의 용착산(미세한 표면 돌기)이 빠르게 발열 되는데, 이 표면의 돌기 부분이 다른 곳에 비해 응력이 집중되어 큰 변형율과 진동에너지를 대부분 소모하게 되어 돌기부분이 용융되고, 그 주변부로 열이 전이된다.
이순간 용착면 전체에 용융층이 얇게 형성되고 초음파의 계속적인 진동으로 짧은 시간에 확산이 이루어져 용착이 되는 원리이다.
초음파 용착의 특징
플라스틱 자체를 발열 시키며, 용착하는 표면은 초음파 진동을 받으므로 먼지, 액체등을 불어 날려서 용착하므로 세척 과정이 필요 없고, 외관 마찰이 적은 용착재료와 상대적으로 이동시키는 것이 용이하다. 또한, 이종재질의 용착, 공구혼의 출력부를 날카롭게 하는 용단, 공구혼에서 떨어진 상태에서 플라스틱으로 초음파를 전달시켜 발열시키는 것이 가능하다.
장점
1) 제품과 제품이 분자 결합을 하는 원리로 접착제, 용제가 필요 없어 위생적이다.
2) 전력소모가 적고, 기계 수명이 반영구적이라 유지비가 적게 든다.
3) 사용이 간단하고 자동화, 반자동화 설비 부착으로 일괄공정라인 작업이 용이하다.
4) 짧은 용착 시간으로 품질과 생산성에 효과적이다. (0.01~1sec)
5) 강력한 접착으로 수밀성, 기밀성이 뛰어나다.
6) 전, 후처리가 필요 없어 생산 능률이 배가 된다.
7) 사용이 간편하고 제품이 균일하여 품질과 생산 능률이 증가한다.
Staking(리베팅) 원리 및 특징, 작업 시 주의사항
Staking
혼의 초음파 진동이 직접 플라스틱 돌출부에 가해져 용융되고 가해지는 혼의 형상대로 채워져 용착이 이루어진다.
이 방법은 서로 다른 재질의 고정에 이용 되며, 잔류 응력이 존재하지 않아 강도가 높고 외관이 미려하다.
Staking 작업 조건
1) 정교한 스트록 조정 장치가 필요 하다.
- 보통 저압, 고진폭으로 작업 하고 결정수지 같은 용융점이 높은 수지는 약하고 깨지기 쉬워 고압, 고진폭으로 혼이 닿은 후에 초음파를 발생시켜야 하고, 고강고를 얻기 위해서는 고압, 저진폭으로 혼이 닿기 전에 초음파 발생을 시켜야 한다.
2) 진동 손실을 막기 위해 제품과 보스는 단단하게 고정되어야 한다.
Staking 특징
Staking 되는 모양은 혼의 밑면 형상과 보스의 크기에 좌우되고 진폭, 용착 시간, 가압력과 같은 용착 조건에 의해 결정된다.
Staking 설계가 적절해야 양호한 강도와 미려한 보스의 모양을 얻을 수 있다. 또한, 보스와 혼의 접촉 면적을 최소화하면 할수록 진진동 에너지가 집중되어 빨리 녹는다.
Staking 작업 시 주의사항
1) 스트록을 일정하게 유지
2) 제품과 공구혼의 중심점 일치
3) 제품의 세팅이 정밀 해야함
4) 제품의 녹는 속도와 혼의 하강 속도가 비례해야 함
5) 결정질 수지(Acetal, PP, PE, Nylon 등) : 저진폭, 고압력
6) 비결정질 수지(ABS, Acrylic, PVC등) : 고진폭, 저압력
점용착(Spot welding)
Spot welding
초음파 Spot 용착은 주로 용착산을 구성하기 어려운 평평한 제품을 접합해야 하는 경우에 사용 한다.
보통 상부 용착물을 관통해 하부 용착물에 닿는데, 성형 부품의 접촉면에 열이 발생하여 재료가 가소화되고 서로 용착 된다.
밀려난 플라스틱은 환형의 융기같이 형성되는데 하단 뒷면에는 표시가 거의 없다.
Spot welding 장점
1) 용착산을 형성 할 수 없고 큰 제품일 경우에 적합
2) 제품과 같은 높이로 평평하게 용착되어 용착산이 필요 없다.
3) 사출 성형의 변경이 필요 없다.
4) 여러 부분 용착이 요구되는 큰 제품에 적합 하다.
5) 서로 다른 열가고성 재질의 부분적 용착에도 적합 하다.
Swaging
Swaging
초음파의 진동으로 플라스틱을 공구혼의 가공된 모양으로 가압 하면서 녹여 용착을 이루는 방법으로 이종 재질의 고정에 많이 사용 된다.
대표적인 예로 화장품 용기의 유리 고정에 쓰이고 있으며, 사용 재질은 고탄성 재질(PP, HIPS, ABS, PE 등)이 해당 된다.
Swaging 장점
1) 조립 방식이 경제적이다.
2) 플라스틱 수지와 다른 비 호환성 물질 간의 결합이 가능하다.
3) 조립이 자유롭고 견고하다.
초음파 Insert 원리 및 비교
초음파 Insert 원리
열가소성 수지에 너트나 볼트를 초음파 진동을 이용하여 수지 속으로 밀어 넣는 것을 인서트라 한다.
초음파 진동이 혼에 의해 금구로 전달 되면 금구의 표면과 플라스틱 사이에 마찰이 발생 되어 용융되고 압력을 가하면 금구가 매립 되며 금구 표면에 가공된 홈, 엠보, 널링 부분에 용출물이 차고 들어가 냉각된 후에 금구가 견고하게 고정되어 인발력 및 회전 토크에 강하게 Insert 된다.
초음파 insert와 insert 사출과의 비교
1) 사출 시 금구의 투입이 없어 안전하고, 전체 사출 시간이 줄어 생산성이 높아진다.
2) 금형 손상 및 제품의 표면 손상이 없다.
3) 금형 제작 비용이 절감된다.
4) 금구 주위의 내부 응력이 적다.
초음파 금속용착 원리와 장점
금속 용착의 원리
초음파 금속 용착은 용착 하고자하는 두 개의 부품이 일정한 압력을 유지하여, 초음파 진동에 의한 마찰열로 용착부위의 산화막이 제거 되고, 용착부품 재질의 분자가 서로 용융, 확산이 일어남으로서, 분자간의 금속이 결합 융합되어 용착이 되는 설비이다.
초음파 금속 용착은 이종 금속 용착이 가능하며, 용융방법으로 불가능한 고정밀 용접이 가능하므로 전기적 특성, 용착 강도, 수명부식성등에서 타용착 방식보다 우수하다.
금속 용착의 장점
1) 금속 표면에 상존하는 산화막을 파괴하여 용착하기 때문에 용착부위의 전기 전도도와 용착 강도가 우수하다.
(저온용착으로 조직의 손상이 적다.)
2) 사전 세척 처리가 필요 없다.
3) 용착 속도가 빠르다. (Min 0.1sec)
4) 금속 표면에 산화막을 제거하고 용착되어 높은 기계강도를 가지며 저항이 적다.
5) 다른 용접제, 기체, 코팅제, 땜납, 소모품이 불필요하다.
6) 자동화 라인에 헤드부착이 용이하다.
재질별 용착성
