Амплітуда коливань визначає глибину проникнення хвилі в матеріал за один цикл. Для м'яких полімерів (PP) достатньо 20-30 мкм, щоб уникнути перегріву. Жорсткі пластики (PC, ABS) вимагають 35-45 мкм для ефективної кавітації без застрягання інструменту в масі матеріалу.
Енергія ультразвукового хвилі пропорційна квадрату амплітуди (E ∝ A²). Збільшення амплітуди з 30 до 40 мкм підвищує енергію впливу на 78%. Це критично для матеріалів з високим модулем пружності, але руйнівно для термопластів з низькою температурою плавлення.
При дефектовці зразків ми зафіксували: кавітаційний поріг для поліуретанових герметиків становить 0.8 МПа, тоді як для структурних пластиків (PC, ABS) потрібен тиск 1.5-2.0 МПа. Досягається це комбінацією частоти (35 кГц) та амплітуди (40 мкм).
Тепловиділення відбувається через гістерезисні втрати. Полімерні ланцюги тертяються одна об одну під дією хвилі. Чим вища амплітуда, тим більша деформація ланцюгів за цикл, тим інтенсивніше нагрів. Для PC це корисно (пом'якшення), для PP — критично (деградація).
Технічний інсайт: Акустичний імпеданс полікарбонату (3.2×10⁶ Па·с/м) майже вдвічі вищий за поліпропілен (1.7×10⁶ Па·с/м). Хвиля проникає в PC глибше, розсіюючи енергію в об'ємі. PP відбиває хвилю від поверхні, концентруючи тепло в зоні різу.
Взяли 10 зразків бамперів (PP + EPDM). Розрізали ультразвуком з амплітудою 20, 30, 40, 50 мкм. Частота фіксована 35 кГц. Швидкість подачі 2 см/сек.
Амплітуда 20 мкм. Різ рівномірний, кромка гладка. Температура в зоні контакту 145°C. Час різу 120 сек. Поверхня без напливів, але відчутне вібраційне навантаження на руку оператора.
Амплітуда 30 мкм. Оптимальний баланс. Температура 155°C. Час різу 85 сек. Кромка матова, без слідів оплавлення. Мікротріщини відсутні.
Амплітуда 40 мкм. Температура стрибнула до 175°C. Поліпропілен почав текти. Утворилися напливи (грат) висотою 0.3-0.5 мм. Час різу 60 сек, але якість неприйнятна для подальшого зварювання.
Амплітуда 50 мкм. Катастрофа. Матеріал вигорів, утворилася сажа. Кромка пориста, міцність з'єднання при подальшому зварюванні падає на 60%.
Висновок для PP: триматися діапазону 25-30 мкм. Перевищення веде до незворотньої деградації полімерних ланцюгів.
ABS має іншу структуру. Це аморфний полімер з температурою склування 105°C. Він не плавиться так, як PP, але стає крихким при перегріві.
Тестували корпуси фар (ABS + PC суміш). Амплітуда 20 мкм не пробивала матеріал — інструмент вібрував на поверхні, не ріжучи. Потрібен тиск 4-5 кг, що незручно.
Амплітуда 35 мкм показала найкращий результат. Різ чистий, температура 110-120°C. Структура бутадієнового каучуку в суміші не руйнується, зберігається ударна в'язкість.
Підвищення до 45 мкм викликало ефект «вінірової крихти». По краях різу утворилися мікросколи глибиною 0.1 мм. При фарбуванні вони проявляються через 2-3 місяці експлуатації.
Використовуючи Ультразвуковий ніж Lemarix X50, ми змогли точно калібрувати амплітуду з кроком 5 мкм. Це дозволило знайти «золоту середину» для кожного типу пластику без методу тику.
Полікарбонат найскладніший. Висока в'язкість розплаву, схильність до залишкових напружень. Амплітуда нижче 30 мкм просто не бере матеріал — лезо ковзає.
Діапазон 40-45 мкм забезпечує стабільний різ. Температура в зоні контакту досягає 135-140°C, що близько до температури склування, але не викликає течії. Кромка прозора, без помутніння.
Перевищення 50 мкм призводить до помутніння (мікротріщини на поверхні). Світлопропускання в зоні різу падає на 15-20%. Для оптичних елементів це брак.
Залишкові напруження вимірювали поляризаційним методом. При амплітуді 45 мкм напруження становили 2.5 МПа. При 55 мкм — зростали до 8.0 МПа, що загрожує самовільним розколом через місяць.
Гіпотеза 1: Вплив пігменту. Чорний пластик (сажа) нагрівається на 15-20% швидше за білий при тій самій амплітуді. Сажа поглинає енергію хвилі і трансформує її в тепло ефективніше. Для чорного ABS потрібно знижувати амплітуду на 5 мкм.
Гіпотеза 2: Ефект старіння. Пластик віком 5+ років втрачає пластифікатори. Амплітуда, яка ідеально різала новий зразок, руйнує старий (утворює пил замість різу). Потрібно збільшувати амплітуду на 10% для старих деталей, але знижувати швидкість подачі.
Гіпотеза 3: Вологість і кавітація. ABS, що набрав вологу (понад 0.4%), при різанні амплітудою 40 мкм видає характерний тріск. Це мікровибухи води в полімерній матриці. Кромка стає пористою. Сушка перед різанням обов'язкова.
Рекомендація від магазин Фарфар юа: зберігайте пластики в герметичних пакетах з силікагелем перед обробкою. Навіть 2 години на повітрі з вологістю 80% змінюють параметри різання ABS.
| Параметр | PP (Поліпропілен) | ABS | PC (Полікарбонат) |
|---|---|---|---|
| Оптимальна амплітуда | 25-30 мкм | 30-35 мкм | 40-45 мкм |
| Критична температура | 165°C | 115°C | 145°C |
| Шорсткість (Ra) при оптимумі | 1.2 мкм | 1.5 мкм | 0.8 мкм |
| Ризик оплавлення | Високий | Середній | Низький |
| Ризик мікротріщин | Низький | Середній | Високий |
| Швидкість різу (оптимум) | 2.5 см/сек | 2.0 см/сек | 1.5 см/сек |
Ігнорування зносу інструменту. Робоча кромка з часом втрачає геометрію. Амплітуда на кінці ножа падає на 10-15% після 200 годин роботи. Майстер залишає налаштування, але різ погіршується. Потрібна періодична калібрування.
Неправильне кріплення деталі. Якщо пластик жорстко затиснутий, вібрація поширюється по всьому корпусу. Це викликає резонанс і непередбачувані розломи в інших зонах. Використовуйте демпферні прокладки.
Відсутність охолодження. При серійному різанні (понад 10 деталей поспіль) інструмент нагрівається. Амплітуда «пливе». Робіть паузи 2-3 хвилини кожні 15 хвилин роботи для стабілізації п'єзоелемента.
Для PP рекомендована амплітуда 20-30 мкм. Вищі значення (понад 40 мкм) викликають надмірне тертя та оплавлення кромки через низьку температуру плавлення матеріалу (160-170°C).
PC має вищий модуль пружності (2.3 ГПа) та температуру склування (147°C). Амплітуда 35-45 мкм забезпечує достатню енергію для руйнування молекулярних зв'язків без застрягання інструменту.
Так. ABS та PC гігроскопічні. Вологість понад 0.5% викликає мікровибухи пари в зоні різу, утворюючи пористу кромку. Сушка при 80°C протягом 4 годин обов'язкова.
Якщо при тих самих налаштуваннях швидкість різу впала на 20%, а кромка стала більш шорсткою (з'явилися задирки), амплітуда зменшилася через знос випромінювача. Потрібна заміна або калібрування.
Не рекомендовано. Скляне волокно (10-30%) працює як абразив, руйнуючи робочу кромку ножа за 10-15 годин. Якість різу низька — волокна витягуються, утворюючи «бахрому».