Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) inventa, progetta e costruisce prodotti e sistemi digitali che proteggono le reti elettriche di tutto il mondo. La loro tecnologia previene i blackout e consente ai clienti di migliorare l'affidabilità e la sicurezza del sistema elettrico a costi ridotti. SEL offre un'ampia gamma di indicatori di guasto da utilizzare su trasformatori montati sottoterra o su piazzola, su quadri elettrici montati sottoterra o su piazzola e su armadi di sezionamento, scatole di giunzione e giunzioni. Di recente, SEL ha incontrato difficoltà nell'assemblare uno dei numerosi indicatori di guasto di reset che offre. Il prodotto è realizzato in Policarbonato-Makrolon 2607 e il progetto consisteva nel saldare lo schermo del display a lenti trasparenti al corpo dell'assemblaggio. Poiché il prodotto è progettato per l'uso in ambienti difficili, sommersi e corrosivi, la tenuta ermetica dell'alloggiamento saldato a ultrasuoni è stata testata per sostenere temperature comprese tra -40 e +65 gradi.
Rendimento del processo inaccettabilmente basso con la saldatrice pneumatica a ultrasuoni:
SEL ha riscontrato un rendimento inaccettabilmente basso nel processo di saldatura pneumatica a ultrasuoni. Le saldature erano incoerenti, con conseguenti perdite di saldatura non ermetiche. Il processo di saldatura, i DOE (Design of Experiments) sono stati condotti per un periodo di tre anni, indicando sempre la stessa piccola finestra di processo di saldatura con alte velocità di discesa e tempi di saldatura molto brevi. Gli ingegneri della SEL stavano pensando di riprogettare gli stampi a iniezione di plastica per ottenere una superficie di saldatura ancora più piatta. Tuttavia, prima di apportare costose modifiche agli stampi a iniezione, hanno portato diverse serie di pezzi al Laboratorio Applicazioni di Dukane.
Il problema è stato identificato utilizzando la funzione iQ Servo Ultrasonic Welding Graph:
Il sistema di saldatura a ultrasuoni servo controllato della serie iQ da 20 kHz di Dukane con tecnologia Melt-Match® è stato utilizzato per eseguire test su pezzi campione. I grafici della saldatrice iQ Servo hanno mostrato che il pezzo si comportava come una molla a causa di un'area vuota sotto la zona di saldatura e collassava più velocemente del movimento del corno, con conseguenti saldature incoerenti e con perdite. Pertanto, era necessario utilizzare velocità di saldatura variabili.
Il controllo preciso e la ripetibilità della saldatura a ultrasuoni servoassistita hanno prodotto un rendimento del 100%:
Ken Holt, Sr. Application Engineer, Dukane, afferma: "Questo tipo di policarbonato, Makrolon 2607, si salda molto bene quando la velocità di saldatura iniziale è bassa e viene aumentata gradualmente sulla distanza di saldatura. Sebbene i vecchi sistemi pneumatici siano in grado di variare la forza durante la saldatura, la velocità di variazione è limitata a causa del tempo necessario per spostare l'aria all'interno o all'esterno del cilindro. Il sistema servo è invece in grado di effettuare accelerazioni di 50in/s2, il che equivale a cambiare la velocità di 1in/s in 0,020s. La tecnologia Melt-Match® brevettata da Dukane amplia ulteriormente questa capacità consentendo 10 valori di velocità discreti durante il processo di saldatura".
La capacità di iQ Servo di controllare e variare con precisione la velocità di saldatura (velocità di collasso del giunto di saldatura) si è rivelata il fattore chiave per la saldatura di pezzi a prova di perdite. Sono state tentate numerose configurazioni, finché non è stata ottimizzata la variazione della velocità di saldatura. L'impostazione finale del profilo di velocità da .020"/sec. a .090"/sec. si è rivelata molto robusta e ha permesso di variare la distanza e l'ampiezza della saldatura senza influire negativamente sui risultati della saldatura.
Il Melt-Detect™, noto anche come Force Drop, è un componente importante della tecnologia Melt-Match®, che ha permesso di garantire l'avvio completo della fusione prima che il corno iniziasse il movimento verso il basso. La forma complessiva a "U" della curva di forza (fig. 1) indica che al momento dell'innesco è stata applicata una forza elevata; il movimento del corno è stato avviato quando la forza è scesa a un valore prestabilito, segnalando che il pezzo aveva iniziato a fondere e a collassare; infine, la forza e il movimento del corno sono stati aumentati gradualmente, garantendo un incollaggio forte e costante. L'aumento graduale della curva della distanza rispetto al tempo (fig. 1) non mostra cambiamenti bruschi durante l'avanzamento della saldatura.
Rick Lewis, Manufacturing Engineering Supervisor, Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. afferma: "Avevamo una vecchia saldatrice pneumatica degli anni '80 che doveva essere sostituita. La scelta di una nuova servo-saldatrice è stata ovvia per le sue maggiori capacità. La nuova servo-saldatrice è integrata in una cella robotica e funziona perfettamente. La ripetibilità della servo-saldatrice e le funzioni di saldatura e di rappresentazione grafica facilitano l'impostazione di nuovi programmi di saldatura. Riduce i tempi di progettazione e il numero di pezzi di scarto necessari per impostare un nuovo processo di saldatura", aggiunge, "La possibilità di utilizzare il laboratorio applicativo di St Charles e l'incontro con Ken Holt, di Dukane, ci hanno fornito un bagaglio di conoscenze che verrà utilizzato per tutti i nostri futuri progetti di saldatura".
Utilizzando la tecnologia di Dukane, SEL è riuscita a ottenere una tenuta ermetica sul pezzo esistente e non ha dovuto apportare costose modifiche al progetto degli indicatori di guasto.
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