Aproape fiecare proces de asamblare poate fi realizat în mai multe moduri. Opțiunea pe care un producător sau integrator o alege pentru cele mai bune rezultate este de obicei cea care potrivește o tehnologie dovedită cu o aplicație specifică.
Brazarea este un astfel de proces. Brazarea este un proces de îmbinare a metalelor în care două sau mai multe piese metalice sunt unite prin topirea metalului de adaos și curgerea acestuia în îmbinare. Metalul de adaos are un punct de topire mai scăzut decât piesele metalice adiacente.
Căldura pentru lipire poate fi furnizată de torțe, cuptoare sau bobine de inducție. În timpul lipirii prin inducție, o bobină de inducție creează un câmp magnetic care încălzește substratul pentru a topi metalul de adaos. Lipirea prin inducție se dovedește a fi cea mai bună alegere pentru un număr tot mai mare de aplicații de asamblare.
„Lipirea prin inducție este mult mai sigură decât lipirea cu torță, mai rapidă decât lipirea în cuptor și mai repetabilă decât ambele”, a declarat Steve Anderson, manager de știință pe teren și testare la Fusion Inc., un integrator în vârstă de 88 de ani din Willoughby, Ohio. Said este specializat într-o varietate de metode de asamblare, inclusiv lipire. „În plus, lipirea prin inducție este mai ușoară. Comparativ cu celelalte două metode, tot ce ai nevoie este electricitate standard.”
Acum câțiva ani, Fusion a dezvoltat o mașină complet automată cu șase stații pentru asamblarea a 10 freze din carbură pentru prelucrarea metalelor și fabricarea sculelor. Frezele sunt fabricate prin atașarea unor semifabricate cilindrice și conice din carbură de tungsten pe o tijă de oțel. Rata de producție este de 250 de piese pe oră, iar tava separată pentru piese poate conține 144 de semifabricate și suporturi de scule.
„Un robot SCARA cu patru axe ia un mâner din tavă, îl prezintă distribuitorului de pastă de lipit și îl încarcă în cuibul de prindere”, explică Anderson. „Robotul ia apoi o bucată de semifabricat din tavă și o plasează la capătul tijei de care este lipită. Brazarea prin inducție se realizează folosind o bobină electrică care înfășoară vertical cele două piese și aduce metalul de adaos de argint la o temperatură lichidus de 1.305 F. După ce componenta cu bavură este aliniată și răcită, aceasta este ejectată printr-un jgheab de descărcare și colectată pentru prelucrare ulterioară.”
Utilizarea lipirii prin inducție pentru asamblare este în creștere, în principal pentru că creează o conexiune puternică între două piese metalice și pentru că este foarte eficientă în îmbinarea materialelor diferite. Preocupările legate de mediu, tehnologia îmbunătățită și aplicațiile netradiționale obligă, de asemenea, inginerii de producție să analizeze mai atent lipirea prin inducție.
Brazarea prin inducție există încă din anii 1950, deși conceptul de încălzire prin inducție (folosind electromagnetism) a fost descoperit cu mai bine de un secol înainte de omul de știință britanic Michael Faraday. Torțele manuale au fost prima sursă de căldură pentru brazare, urmate de cuptoare în anii 1920. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, metodele bazate pe cuptoare au fost frecvent utilizate pentru a fabrica cantități mari de piese metalice cu manoperă și cheltuieli minime.
Cererea consumatorilor pentru aer condiționat în anii 1960 și 1970 a creat noi aplicații pentru lipirea prin inducție. De fapt, lipirea în masă a aluminiului la sfârșitul anilor 1970 a dus la multe dintre componentele găsite în sistemele de aer condiționat auto de astăzi.
„Spre deosebire de lipirea cu torță, lipirea prin inducție se face fără contact și minimizează riscul de supraîncălzire”, notează Rick Bausch, director de vânzări la Ambrell Corp., la inTEST.temperature.”
Potrivit lui Greg Holland, manager de vânzări și operațiuni la eldec LLC, un sistem standard de lipire prin inducție este alcătuit din trei componente. Acestea sunt sursa de alimentare, capul de lucru cu bobina de inducție și răcitorul sau sistemul de răcire.
Sursa de alimentare este conectată la capul de lucru, iar bobinele sunt proiectate personalizat pentru a se potrivi în jurul îmbinării. Inductoarele pot fi fabricate din tije solide, cabluri flexibile, țagle prelucrate sau imprimate 3D din aliaje de cupru pulverizat. De obicei, însă, acestea sunt fabricate din tuburi goale de cupru, prin care curge apă din mai multe motive. Unul este de a menține bobina rece prin contracararea căldurii reflectate de piese în timpul procesului de lipire. Apa care curge previne, de asemenea, acumularea de căldură în bobine din cauza prezenței frecvente a curentului alternativ și a transferului ineficient de căldură rezultat.
„Uneori, un concentrator de flux este plasat pe bobină pentru a întări câmpul magnetic în unul sau mai multe puncte ale joncțiunii”, explică Holland. „Astfel de concentratoare pot fi de tip laminat, constând din oțeluri electrice subțiri stivuite strâns împreună, sau tuburi feromagnetice care conțin material feromagnetic sub formă de pulbere și legături dielectrice comprimate sub presiune ridicată. Se poate utiliza oricare dintre acestea. Avantajul concentratorului este că reduce timpul de ciclu prin aducerea mai rapidă a mai multor energii în anumite zone ale îmbinării, menținând în același timp alte zone mai reci.”
Înainte de a poziționa piesele metalice pentru lipirea prin inducție, operatorul trebuie să seteze corect nivelurile de frecvență și putere ale sistemului. Frecvența poate varia de la 5 la 500 kHz, cu cât frecvența este mai mare, cu atât suprafața se încălzește mai repede.
Sursele de alimentare sunt adesea capabile să producă sute de kilowați de electricitate. Cu toate acestea, lipirea unei piese de mărimea palmei în 10 până la 15 secunde necesită doar 1 până la 5 kilowați. Prin comparație, piesele mari pot necesita 50 până la 100 de kilowați de putere și pot dura până la 5 minute pentru lipire.
„Ca regulă generală, componentele mai mici consumă mai puțină energie, dar necesită frecvențe mai mari, cum ar fi 100 până la 300 de kiloherți”, a spus Bausch. „În schimb, componentele mai mari necesită mai multă putere și frecvențe mai joase, de obicei sub 100 de kiloherți.”
Indiferent de dimensiunea lor, piesele metalice trebuie poziționate corect înainte de a fi fixate. Trebuie avută grijă să se mențină un spațiu strâns între metalele de bază pentru a permite o acțiune capilară adecvată a metalului de adaos care curge. Îmbinările cap la cap, suprapunere și suprapunere cap la cap sunt cea mai bună modalitate de a asigura acest spațiu liber.
Sunt acceptabile corpurile de iluminat tradiționale sau cele cu auto-fixare. Corpurile de iluminat standard trebuie să fie fabricate din materiale mai puțin conductive, cum ar fi oțelul inoxidabil sau ceramica, și să atingă componentele cât mai puțin posibil.
Prin proiectarea pieselor cu cusături interconectate, presare, adâncituri sau molete, autofixarea se poate realiza fără a fi nevoie de suport mecanic.
Îmbinările sunt apoi curățate cu o buretă abrazivă sau cu solvent pentru a îndepărta contaminanți precum ulei, grăsime, rugină, crustă și praf. Această etapă îmbunătățește și mai mult acțiunea capilară a metalului de adaos topit care se trage prin suprafețele adiacente ale îmbinării.
După ce piesele sunt așezate și curățate corespunzător, operatorul aplică un compus de îmbinare (de obicei o pastă) pe îmbinare. Compusul este un amestec de metal de adaos, flux (pentru a preveni oxidarea) și un liant care ține metalul și fluxul împreună înainte de topire.
Metalele de adaos și fluxurile utilizate în lipire sunt formulate pentru a rezista la temperaturi mai ridicate decât cele utilizate în lipire. Metalele de adaos utilizate pentru lipire se topesc la temperaturi de cel puțin 842 F și sunt mai rezistente atunci când sunt răcite. Acestea includ aliaje de aluminiu-siliciu, cupru, cupru-argint, alamă, bronz, aur-argint, argint și nichel.
Operatorul poziționează apoi bobina de inducție, care vine într-o varietate de modele. Bobinele elicoidale au formă circulară sau ovală și înconjoară complet piesa, în timp ce bobinele în formă de furcă (sau clește) sunt situate pe fiecare parte a îmbinării, iar bobinele în canal se agață de piesă. Alte bobine includ diametrul interior (ID), diametrul interior/exterior (OD), tip clătită, deschise și multi-poziție.
Căldura uniformă este esențială pentru conexiuni brazate de înaltă calitate. Pentru a realiza acest lucru, operatorul trebuie să se asigure că distanța verticală dintre fiecare buclă a bobinei de inducție este mică și că distanța de cuplare (lățimea spațiului de la diametrul exterior la diametrul interior al bobinei) rămâne uniformă.
Apoi, operatorul pornește alimentarea pentru a începe procesul de încălzire a îmbinării. Aceasta implică transferul rapid al curentului alternativ de frecvență intermediară sau înaltă de la o sursă de alimentare la un inductor pentru a crea un câmp magnetic alternativ în jurul acestuia.
Câmpul magnetic induce un curent pe suprafața îmbinării, care generează căldură pentru a topi metalul de adaos, permițându-i acestuia să curgă și să umezească suprafața piesei metalice, creând o legătură puternică. Folosind bobine multi-poziție, acest proces poate fi efectuat simultan pe mai multe piese.
Se recomandă curățarea și inspecția finală a fiecărei componente lipite. Spălarea pieselor cu apă încălzită la cel puțin 120 F va îndepărta reziduurile de flux și orice crustă formată în timpul lipirii. Piesa trebuie scufundată în apă după ce metalul de adaos s-a solidificat, dar ansamblul este încă fierbinte.
În funcție de piesă, inspecția minimă poate fi urmată de teste nedistructive și distructive. Metodele NDT includ inspecția vizuală și radiografică, precum și testarea etanșeității. Metodele comune de testare distructivă sunt testarea metalografică, de exfoliere, de tracțiune, de forfecare, de oboseală, de transfer și de torsiune.
„Lipirea prin inducție necesită o investiție inițială mai mare decât metoda cu torță, dar merită, deoarece obțineți eficiență și control suplimentar”, a spus Holland. „Cu inducția, când aveți nevoie de căldură, pur și simplu apăsați. Când nu aveți nevoie, apăsați.”
Eldec produce o gamă largă de surse de alimentare pentru lipirea prin inducție, cum ar fi linia de frecvență intermediară ECO LINE MF, disponibilă în diverse configurații pentru a se potrivi cel mai bine fiecărei aplicații. Aceste surse de alimentare sunt disponibile în puteri nominale de la 5 la 150 kW și frecvențe de la 8 la 40 Hz. Toate modelele pot fi echipate cu o funcție de creștere a puterii care permite operatorului să crească puterea nominală de funcționare continuă de 100% cu încă 50% în 3 minute. Alte caracteristici cheie includ controlul temperaturii cu pirometru, înregistrator de temperatură și comutator de alimentare cu tranzistor bipolar cu poartă izolată. Aceste consumabile necesită puțină întreținere, funcționează silențios, au o amprentă redusă și se integrează ușor cu controlerele celulelor de lucru.
Producătorii din mai multe industrii utilizează din ce în ce mai mult lipirea prin inducție pentru asamblarea pieselor. Bausch indică producătorii din industria auto, aerospațială, echipamente medicale și miniere ca fiind cei mai mari utilizatori ai echipamentelor de lipire prin inducție Ambrell.
„Numărul de componente din aluminiu lipite prin inducție în industria auto continuă să crească datorită inițiativelor de reducere a greutății”, subliniază Bausch. „În sectorul aerospațial, nichelul și alte tipuri de plăcuțe de uzură sunt adesea lipite pe palele jetului de țeavă. Ambele industrii lipesc, de asemenea, prin inducție diverse fitinguri de țevi din oțel.”
Toate cele șase sisteme EasyHeat de la Ambrell au o gamă de frecvență de la 150 la 400 kHz și sunt ideale pentru lipirea prin inducție a pieselor mici de diferite geometrii. Modelele compacte (0112 și 0224) oferă controlul puterii cu o rezoluție de 25 wați; modelele din seria LI (3542, 5060, 7590, 8310) oferă control cu ​​o rezoluție de 50 wați.
Ambele serii au un cap de lucru detașabil, aflat la o distanță de până la 3 metri de sursa de alimentare. Comenzile de pe panoul frontal al sistemului sunt programabile, permițând utilizatorului final să definească până la patru profiluri de încălzire diferite, fiecare cu până la cinci trepte de timp și putere. Controlul puterii de la distanță este disponibil pentru intrare de contact sau analogică sau pentru portul de date seriale opțional.
„Principalii noștri clienți pentru lipirea prin inducție sunt producătorii de piese care conțin carbon sau piese cu masă mare care conțin un procent ridicat de fier”, explică Rich Cukelj, manager de dezvoltare a afacerilor Fusion. „Unele dintre aceste companii deservesc industriile auto și aerospațială, în timp ce altele produc pistoale, ansambluri de scule așchietoare, robinete și scurgeri pentru instalații sanitare sau blocuri de distribuție a energiei și siguranțe.”
Fusion comercializează sisteme rotative personalizate care pot lipi prin inducție între 100 și 1.000 de piese pe oră. Potrivit lui Cukelj, randamente mai mari sunt posibile pentru un singur tip de piesă sau pentru o serie specifică de piese. Aceste piese variază în dimensiuni de la 2 la 14 inci pătrați.
„Fiecare sistem conține un indexator de la Stelron Components Inc. cu 8, 10 sau 12 stații de lucru”, explică Cukelj. „Unele stații de lucru sunt utilizate pentru lipire, în timp ce altele sunt utilizate pentru inspecție, folosind camere video sau echipamente de măsurare cu laser sau efectuând teste de tracțiune pentru a asigura îmbinări lipite de înaltă calitate.”
Producătorii utilizează sursele de alimentare standard ECO LINE de la eldec pentru o varietate de aplicații de lipire prin inducție, cum ar fi fretarea rotoarelor și a arborilor sau îmbinarea carcasei motoarelor, a declarat Holland. Mai recent, un model de 100 kW al acestui generator a fost utilizat într-o aplicație de piese mari care a implicat lipirea inelelor de circuit de cupru la conexiunile de cupru pentru generatoarele de baraje hidroelectrice.
Eldec produce, de asemenea, surse de alimentare portabile MiniMICO care pot fi ușor deplasate în fabrică, cu o gamă de frecvență de la 10 la 25 kHz. În urmă cu doi ani, un producător de tuburi schimbătoare de căldură auto a folosit MiniMICO pentru a lipi prin inducție coturile de retur la fiecare tub. O singură persoană a efectuat toată lipirea, iar asamblarea fiecărui tub a durat mai puțin de 30 de secunde.
Jim este redactor senior la ASSEMBLY, cu peste 30 de ani de experiență editorială. Înainte de a se alătura ASSEMBLY, Camillo a fost inginer PM, redactor al Association for Equipment Engineering Journal și al Milling Journal. Jim are o diplomă în limba engleză de la Universitatea DePaul.
Trimiteți o cerere de ofertă (RFP) unui furnizor ales de dvs. și faceți clic pe un buton care detaliază nevoile dvs.
Răsfoiți ghidul nostru al cumpărătorului pentru a găsi furnizori de toate tipurile de tehnologie de asamblare, mașini și sisteme, furnizori de servicii și organizații comerciale.
Lean Six Sigma a condus eforturile de îmbunătățire continuă timp de decenii, dar deficiențele sale au devenit evidente. Colectarea datelor necesită multă muncă și poate capta doar mostre mici. Datele pot fi acum captate pe perioade lungi de timp și în mai multe locații, la o fracțiune din costul metodelor manuale mai vechi.
Roboții sunt mai ieftini și mai ușor de utilizat ca niciodată. Această tehnologie este disponibilă chiar și pentru producătorii mici și mijlocii. Ascultați această discuție exclusivă în cadrul unui panel cu directori de la patru dintre cei mai importanți furnizori de robotică din America: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America și Universal Robots.