La saldatura a vibrazione si adatta alle mutevoli esigenze

Molti ingegneri automobilistici hanno incubi legati ai problemi di rumore, vibrazioni e durezza (NVH). Per ironia della sorte, uno di questi parassiti, la vibrazione, è ampiamente utilizzato per assemblare molti tipi di ricambi auto in plastica.

La saldatura a vibrazione, cugina della saldatura a ultrasuoni, è un processo di assemblaggio popolare perché presenta numerosi vantaggi. Può unire materiali termoplastici simili e dissimili. La saldatura a vibrazione può anche assemblare parti prodotte in diversi modi, come soffiaggio, stampaggio a iniezione o stampa 3D.

Inoltre, la saldatura a vibrazione può saldare parti di grandi dimensioni con forme complesse. È un processo relativamente veloce per unire parti in plastica di grandi dimensioni. Inoltre, poiché applica la pressione prima del calore, è possibile accogliere una certa quantità di deformazione della parte.

I saldatori a vibrazione possono unire praticamente tutti i materiali termoplastici, inclusi molti tipi di nylon, poliammidi, policarbonati e polipropilene. Il processo di giunzione, vecchio di 50 anni, tollera anche additivi, coloranti, riempitivi e contaminanti.

La maggior parte delle saldatrici a vibrazione oggi utilizza servo elettrici e sistemi di azionamento elettromagnetico lineare. La servoattuazione riduce la manutenzione, aumenta i tempi di attività e utilizza oltre il 30% in meno di energia rispetto alle macchine idrauliche.

"La saldatura a vibrazione lineare sposta fisicamente una delle due parti orizzontalmente sotto pressione, creando calore attraverso l'attrito superficiale che fonde e salda le parti insieme", afferma Phil Sandow, vicepresidente vendite e marketing presso Telsonic Ultrasonics Inc., che offre una linea completa di saldatrici a vibrazione ad alta e bassa frequenza.

"Rispetto alla saldatura a ultrasuoni, la saldatura a vibrazione funziona a frequenze molto più basse, ampiezze più elevate e forza di serraggio molto maggiore, creando ampie aree di saldatura sigillate", spiega Sandow. "Le testine elettromagnetiche eliminano l'usura e la lubrificazione associate alle superfici dei cuscinetti. I servo elettrici ci consentono di controllare la pressione e ottenere tolleranze più strette durante la fusione."

La saldatura a vibrazione è un processo di assemblaggio consolidato applicabile a un'ampia gamma di geometrie e materiali delle parti, rendendolo ideale per la produzione di parti utilizzate in qualsiasi cosa, dalle automobili alle lavatrici.

"Uno dei principali vantaggi della saldatura a vibrazione è che può essere utilizzata per pezzi molto grandi", afferma Miranda Marcus, ingegnere senior per la giunzione dei polimeri presso EWI. "È possibile unire parti lunghe fino a sei piedi. In confronto, la saldatura a ultrasuoni è generalmente limitata a circa 12 pollici quadrati [dimensione del cubo], e anche in questo caso non fornirà una saldatura continua.

"L'unico vero limite alle dimensioni dei pezzi che possono essere saldati è il rapporto costo-efficacia derivante dalla costruzione di macchine più grandi", spiega Marcus. "Da cinque a sei piedi è il limite per le apparecchiature attualmente prodotte. Al momento, non c'è alcun incentivo finanziario per costruirne di più grandi, perché ci sono pochissimi assemblaggi in plastica più grandi di due piedi per cinque che trarrebbero beneficio dalla saldatura a vibrazione.

"Mentre molti altri processi possono saldare pezzi di grandi dimensioni, come la saldatura a piastra calda, laser e a infrarossi, la saldatura a vibrazione è in genere molto più veloce", sottolinea Marcus. "Il lato negativo è che tende a produrre particolato (polvere di plastica), il che non è accettabile per alcune applicazioni. Inoltre, la saldatura a vibrazione richiede una superficie più planare rispetto alla saldatura con piastra calda, laser e a infrarossi."

La saldatura a vibrazione ha un tempo di saldatura medio compreso tra 10 e 15 secondi e un tempo di tenuta di circa 15 secondi. Secondo Marcus, i processi di assemblaggio che possono saldare parti della stessa dimensione approssimativa, come piastra calda e infrarossi, hanno un tempo di ciclo complessivo di 45 secondi e oltre. La saldatura laser può essere veloce quanto la saldatura a vibrazione, ma a un costo notevolmente più elevato per le parti più grandi.

"La saldatura a vibrazione funziona meglio con materiali abbastanza rigidi e che presentano un elevato coefficiente di attrito superficiale", afferma Marcus. "Gli esempi includono acrilonitrile butadiene stirene, poliammide, policarbonato e polibutadiene tereftalato. Il polipropilene può essere saldato bene con vibrazioni se le parti hanno pareti spesse o se viene aggiunto un riempimento di vetro.