Майже кожен процес складання можна здійснити декількома способами. Виробник або інтегратор обирає для отримання найкращих результатів, як правило, той, який відповідає перевіреній технології для конкретного застосування.
Одним із таких процесів є пайка. Пайка — це процес з’єднання металу, під час якого дві або більше металевих частин з’єднуються шляхом плавлення присадного металу та його введення в з’єднання. Присадний метал має нижчу температуру плавлення, ніж сусідні металеві частини.
Тепло для паяння можна забезпечувати факелами, печами або індукційними котушками. Під час індукційної пайки індукційна котушка створює магнітне поле, яке нагріває підкладку, щоб розплавити наповнювач. Індукційна пайка виявляється найкращим вибором для дедалі більшої кількості монтажних застосувань.
«Індукційна пайка набагато безпечніша, ніж пайка з факелом, швидша, ніж пайка в печі, і більш повторювана, ніж обидва», — сказав Стів Андерсон, менеджер із польових і дослідницьких наук у Fusion Inc., 88-річний інтегратор у Віллоубі, штат Огайо, Саїд, який спеціалізується на різноманітних методах складання, включаючи пайку». Крім того, індукційна пайка легша.Порівняно з двома іншими методами все, що вам справді потрібно, це стандартна електроенергія».
Кілька років тому компанія Fusion розробила повністю автоматичний верстат із шістьма станціями для складання 10 твердосплавних задирок для металообробки та виготовлення інструментів. Задирки виготовляються шляхом прикріплення циліндричних і конічних заготовок із карбіду вольфраму до сталевого хвостовика. Швидкість виробництва становить 250 деталей на годину, а окремий лоток для деталей може вмістити 144 заготовки та тримачі інструментів.
«Чотирьохосьовий робот SCARA бере ручку з лотка, подає його до дозатора паяльної пасти та завантажує в гніздо захвату, — пояснює Андерсон. — Потім робот бере шматок заготовки з лотка та кладе його на кінець хвостовика, до якого він приклеєний.Індукційна пайка виконується за допомогою електричної котушки, яка обертається вертикально навколо двох частин і доводить срібний наповнювач до температури ліквідусу 1305 F. Після того, як компонент бора вирівняний і охолоджений, він викидається через розвантажувальний жолоб і збирається для подальшої обробки».
Використання індукційної пайки для складання зростає, головним чином тому, що вона створює міцне з’єднання між двома металевими частинами та тому, що вона дуже ефективна для з’єднання різнорідних матеріалів. Занепокоєння навколишнім середовищем, удосконалена технологія та нетрадиційні застосування також змушують інженерів-виробників уважніше придивитися до індукційної пайки.
Індукційна пайка існує з 1950-х років, хоча концепція індукційного нагрівання (з використанням електромагнетизму) була відкрита понад століття тому британським вченим Майклом Фарадеєм. Першим джерелом тепла для пайки були ручні факели, а потім печі в 1920-х роках. Під час Другої світової війни методи на основі печей часто використовувалися для виготовлення великої кількості металевих деталей з мінімальними затратами праці та витрат.
Споживчий попит на кондиціонери повітря в 1960-х і 1970-х роках створив нові сфери застосування для індукційної пайки. Фактично, масова пайка алюмінію наприкінці 1970-х років призвела до появи багатьох компонентів сучасних автомобільних систем кондиціонування повітря.
«На відміну від паяння пальником, індукційне паяння є безконтактним і мінімізує ризик перегріву», — зазначає Рік Бауш, менеджер з продажу Ambrell Corp., inTEST.temperature.»
За словами Грега Холланда, менеджера з продажу та операцій компанії eldec LLC, стандартна система індукційної пайки складається з трьох компонентів. Це джерело живлення, робоча головка з індукційною котушкою та кулер або система охолодження.
Джерело живлення під’єднується до робочої головки, а котушки спеціально розроблені для розміщення навколо з’єднання. Котушки індуктивності можна виготовляти з суцільних стрижнів, гнучких кабелів, оброблених заготовок або 3D-друкувати з порошкоподібних мідних сплавів. Зазвичай вони виготовляються з порожнистих мідних трубок, через які тече вода з кількох причин. Одна з них полягає в тому, щоб підтримувати котушку в холоді, протидіючи теплу, відбитому частинами під час процесу пайки. Вода, що тече, також запобігає. s Накопичення тепла в котушках через часту присутність змінного струму та, як наслідок, неефективну теплопередачу.
«Іноді концентратор потоку розміщують на котушці, щоб посилити магнітне поле в одній або кількох точках з’єднання», — пояснює Голланд. «Такі концентратори можуть бути ламінатного типу, що складається з тонких електротехнічних сталей, щільно укладених разом, або феромагнітних трубок, що містять порошкоподібний феромагнітний матеріал і діелектричні зв’язки, стиснуті під високим тиском.Використовуйте будь-яке. Перевага концентратора полягає в тому, що він скорочує час циклу, надаючи більше енергії в певні ділянки з’єднання швидше, зберігаючи інші ділянки холоднішими».
Перш ніж позиціонувати металеві частини для індукційного паяння, оператор повинен правильно встановити частоту та рівні потужності системи. Частота може коливатися від 5 до 500 кГц, чим вища частота, тим швидше нагрівається поверхня.
Джерела живлення часто здатні виробляти сотні кіловат електроенергії. Однак для пайки деталі розміром з долоню за 10–15 секунд потрібно лише 1–5 кіловат. Для порівняння, великі деталі можуть потребувати від 50 до 100 кіловат потужності, а пайка займає до 5 хвилин.
«Як правило, менші компоненти споживають менше енергії, але вимагають вищих частот, наприклад від 100 до 300 кілогерц», — сказав Бауш.
Незалежно від їх розміру, металеві деталі необхідно правильно розташувати перед закріпленням. Необхідно стежити за тим, щоб підтримувати щільний зазор між основними металами, щоб забезпечити належну капілярну дію текучого присадочного металу. Стикові, нахлесткові та стикові з’єднання є найкращим способом забезпечити цей зазор.
Допустимі традиційні або самофіксуючі пристрої. Стандартні світильники мають бути виготовлені з менш електропровідних матеріалів, таких як нержавіюча сталь або кераміка, і якомога менше торкатися компонентів.
Завдяки конструюванню деталей із переплетеними швами, вигинами, поглибленнями або накатками можна досягти самофіксації без необхідності механічної підтримки.
Потім з’єднання очищають наждачним шкуркою або розчинником для видалення забруднень, таких як масло, жир, іржа, окалина та бруд. Цей етап ще більше посилює капілярну дію розплавленого присадного металу, що протягує себе через суміжні поверхні з’єднання.
Після того, як деталі правильно встановлені та очищені, оператор наносить на з’єднання суміш для з’єднання (зазвичай пасту). Ця суміш являє собою суміш присадочного металу, флюсу (для запобігання окисленню) і сполучного, який утримує метал і флюс перед плавленням.
Наповнювачі та флюси, які використовуються для паяння, розроблені таким чином, щоб витримувати вищі температури, ніж ті, що використовуються для паяння. Наповнювачі, які використовуються для паяння, плавляться при температурах щонайменше 842 F і є міцнішими при охолодженні. До них належать алюмінієво-кремнієві, мідні, мідно-срібні, латунні, бронзові, золото-срібні, срібні та нікелеві сплави.
Потім оператор розміщує індукційну котушку, яка має різноманітні конструкції. Спіральні котушки мають круглу або овальну форму та повністю оточують деталь, тоді як вилкові (або кліщові) котушки розташовані з кожного боку з’єднання, а канальні котушки зачіпляються за деталь. Інші котушки включають внутрішній діаметр (ID), внутрішній/зовнішній діаметр (OD), млинцеві, відкриті та багатопозиційні.
Рівномірне нагрівання має важливе значення для високоякісних паяних з’єднань. Для цього оператор повинен переконатися, що вертикальна відстань між кожною петлею індукційної котушки є невеликою, а відстань з’єднання (ширина зазору від OD до ID котушки) залишається однаковою.
Далі оператор вмикає живлення, щоб розпочати процес нагрівання з’єднання. Це передбачає швидку передачу змінного струму середньої або високої частоти від джерела живлення до індуктора для створення навколо нього змінного магнітного поля.
Магнітне поле індукує струм на поверхні з’єднання, який генерує тепло для плавлення присадочного металу, дозволяючи йому текти та змочувати поверхню металевої частини, створюючи міцний зв’язок. Використовуючи багатопозиційні котушки, цей процес можна виконувати на кількох частинах одночасно.
Рекомендується остаточне очищення та перевірка кожного паяного компонента. Промивання деталей водою, нагрітою принаймні до 120 F, видалить залишки флюсу та будь-який накип, що утворився під час пайки. Деталь слід занурити у воду після того, як присадний метал затвердіє, але вузол ще гарячий.
Залежно від деталі мінімальний контроль може супроводжуватися неруйнівним і руйнівним контролем. Методи НК включають візуальний і радіографічний контроль, а також перевірку на герметичність і перевірку на перевірку. Поширеними методами руйнування є металографічний контроль, тест на відрив, розтягування, зсув, втому, перенесення та кручення.
«Індукційна пайка вимагає більших початкових капіталовкладень, ніж метод пайки, але вона того варта, тому що ви отримуєте додаткову ефективність і контроль», — сказав Холланд. «З індукцією, коли вам потрібно тепло, ви просто натискаєте.Якщо ні, ти натискаєш».
Eldec виробляє широкий спектр джерел живлення для індукційної пайки, наприклад лінію проміжної частоти ECO LINE MF, яка доступна в різних конфігураціях, щоб найкраще відповідати кожному застосуванню. Ці джерела живлення доступні в діапазоні потужностей від 5 до 150 кВт і частотах від 8 до 40 Гц. Усі моделі можуть бути оснащені функцією підвищення потужності, яка дозволяє оператору підвищити 100% безперервний робочий режим додатково на 5 0% протягом 3 хвилин. Інші ключові функції включають контроль температури пірометра, реєстратор температури та перемикач живлення на біполярному транзисторі з ізольованим затвором. Ці витратні матеріали потребують незначного обслуговування, працюють тихо, займають невелику площу та легко інтегруються з контролерами робочої клітини.
Виробники в кількох галузях промисловості все частіше використовують індукційну пайку для складання деталей. Бауш вказує на виробників автомобільної, аерокосмічної, медичного та гірничого обладнання як найбільших користувачів індукційної пайки Ambrell.
«Кількість індукційно паяних алюмінієвих компонентів в автомобільній промисловості продовжує збільшуватися завдяки ініціативам щодо зменшення ваги, — зазначає Бауш. — В аерокосмічному секторі нікелеві та інші типи зносостійких накладок часто паяють до реактивних лез.Обидві галузі також індукційно паяють різні сталеві трубні фітинги».
Усі шість систем EasyHeat компанії Ambrell мають частотний діапазон від 150 до 400 кГц і ідеально підходять для індукційної пайки невеликих деталей різної геометрії. Компактні системи (0112 і 0224) пропонують контроль потужності в межах 25 Вт;моделі серії LI (3542, 5060, 7590, 8310) забезпечують керування з роздільною здатністю 50 Вт.
Обидві серії мають знімну робочу головку на відстані до 10 футів від джерела живлення. Елементи керування на передній панелі системи можна програмувати, що дозволяє кінцевому користувачеві визначати до чотирьох різних профілів нагріву, кожен із п’ятьма кроками часу та потужності. Дистанційне керування живленням доступне для контактного чи аналогового входу або додаткового порту послідовної передачі даних.
«Нашими основними клієнтами індукційної пайки є виробники деталей, які містять деяку кількість вуглецю, або деталей великої маси, які містять високий відсоток заліза, — пояснює Річ Кукель, менеджер з розвитку бізнесу Fusion. — Деякі з цих компаній обслуговують автомобільну та аерокосмічну промисловість, тоді як інші виробляють пістолети, вузли ріжучих інструментів, водопровідні крани та дренажі або блоки розподілу електроенергії та запобіжники».
Fusion продає нестандартні ротаційні системи, які можуть індукційно паяти від 100 до 1000 деталей на годину. Згідно з Cukelj, більший вихід можливий для одного типу деталей або для певної серії деталей. Ці деталі мають розмір від 2 до 14 квадратних дюймів.
«Кожна система містить індексатор від Stelron Components Inc. із 8, 10 або 12 робочими станціями, — пояснює Кукель. — Деякі робочі станції використовуються для паяння твердим припоєм, тоді як інші використовуються для перевірки, використання відеокамер чи лазерного вимірювального обладнання або проведення випробувань на розрив для забезпечення високоякісних паяних з’єднань».
За словами Холланда, виробники використовують стандартні джерела живлення ECO LINE від eldec для різноманітних застосувань індукційної пайки, таких як усадка роторів і валів або з’єднання корпусів двигунів. Зовсім недавно модель цього генератора потужністю 100 кВт використовувалася для виготовлення великих деталей, що включало пайку мідних кілець схеми до мідних з’єднань кранів для генераторів гідроелектростанцій.
Eldec також виробляє портативні джерела живлення MiniMICO, які можна легко переміщати по заводу з частотним діапазоном від 10 до 25 кГц. Два роки тому виробник автомобільних теплообмінних трубок використовував MiniMICO для індукційної пайки зворотних колін до кожної труби. Одна людина виконувала всю пайку, і для складання кожної трубки знадобилося менше 30 секунд.
Джим є старшим редактором ASSEMBLY із понад 30-річним досвідом редагування. До того, як приєднатися до ASSEMBLY, Камілло працював інженером PM, редактором журналу Association for Equipment Engineering Journal і журналу Milling Journal. Джим має ступінь з англійської мови в Університеті Де Поля.
Надішліть запит на пропозицію (RFP) постачальнику за вашим вибором і натисніть кнопку з детальним описом ваших потреб
Перегляньте наш посібник для покупців, щоб знайти постачальників усіх типів монтажних технологій, машин і систем, постачальників послуг і торгових організацій.
Lean Six Sigma десятиліттями сприяє безперервному вдосконаленню, але його недоліки стали очевидними. Збір даних є трудомістким і може охоплювати лише невеликі зразки. Дані тепер можна збирати протягом тривалого періоду часу та в багатьох місцях за незначну вартість старіших ручних методів.
Роботи дешевші та прості у використанні, ніж будь-коли. Ця технологія доступна навіть для малих і середніх виробників. Послухайте цю ексклюзивну панельну дискусію за участю керівників чотирьох провідних американських постачальників робототехніки: ATI Industrial Automation, Epson Robots, FANUC America та Universal Robots.