Быстрое и безопасное соединение

В Тольяттинском государственном университете (ТГУ) запатентовали конструкцию устройства для ультразвуковой сварки полимерных материалов. В отличие от существующих аналогов аппарат способен ускорить процесс сварки и снизить вредное воздействие ультразвука на человека. Одним из создателей конструкции стал магистрант ТГУ Николай Спиридонов.

– Наше устройство представляет собой пистолет, состоящий из корпуса и ультразвуковой колебательной системы, которая и является инструментом, производящим сварку. Уникальность этой колебательной системы в том, что в ней мы применили особый волновод, имеющий высокую амплитуду колебаний. За счёт этого уменьшается время сварки. В свою очередь, способ крепления в корпусе колебательной системы – с помощью специальных колец – позволяет снизить вредное воздействие ультразвуковых колебаний на человека, работающего с устройством, – поясняет Николай Спиридонов.

Заявка на патент в Федеральную службу по интеллектуальной собственности была подана в июне прошлого года и одобрена в июне 2021. Между тем, устройством ТГУ уже пользуются на предприятиях, связанных с автомобилестроением, в Тольятти, Нижнем Новгороде и Ижевске, в том числе на АО «Автоваз».

В планах создателей усовершенствовать аппарат.

– Мы сейчас занимаемся созданием полуавтоматического стенда прессового типа. Этим летом планируем закупить материал и создать оснастку. Сначала это будет научно-исследовательский стенд с разнообразными датчиками и возможностью устанавливать на него различные колебательные системы, после чего мы сделаем более простой стенд с одной колебательной системой, простыми регулировками силы прижима, мощности и времени сварки. Оператору придётся только нажать на кнопку пуска, дальше стенд сам произведёт процесс сварки, – рассказал Николай Спиридонов.

Он добавил, что ультразвуковая сварка стала крайне востребована в период пандемии.

– Ультразвук применяют для изготовления медицинских масок. В них используют нетканные материалы, детали которых соединяют при помощи специальных ультразвуковых швейных машин, – отметил Николай. – Сейчас мы работаем над экспериментальным заказом по изготовлению фильтров из нетканных материалов для респираторов.

Над созданием конструкции устройства вместе с Николаем Спиридоновым работали директор института машиностроения ТГУ Александр Селиванов и доцент кафедры «Нанотехнологии, материаловедение и механика» ТГУ Сергей Мурашкин.

Метод ультразвуковой сварки применяют для сваривания многих полимерных материалов: поликарбоната, стирола, полипропилена, поливинилхлорида, искусственной кожи, натуральных тканей с синтетическими волокнами, нетканых материалов, геотекстиля и т.д. Он активно используется в промышленности, так как уменьшает расходы, увеличивает эффективность и улучшает качество готового изделия.

Сейчас в Тольяттинском госуниверситете создаётся Центр ультразвуковых технологий, который будет разрабатывать новое оборудование и технологии не только для промышленности, но и для сельского хозяйства. В частности, с помощью ультразвука можно безопасно обрабатывать молоко, заменив процесс пастеризации.

В планах ультразвуковиков Тольяттинского госуниверситета выйти с комплексными решениями в области ультразвуковой сварки пластиковых деталей экстерьера и интерьера автомобилей на предприятия автомобилестроительного кластера Приволжского федерального округа (ПАО «КАМАЗ», Группа ГАЗ, ООО «Ульяновский автомобильный завод» и их поставщики OEM).

– Мы планируем реализовать целый комплекс инжиниринговых услуг в области проектирования, испытания и соединения пластиковых изделий для автомобилестроения, то есть, интегрироваться в производственные цепочки с такими решениями, как, например, моделирование и разработка CAD пластиковых изделий, моделирование пресс-форм и CAE-расчёты* «проливаемости» пресс-форм литьевой оснастки, разработка индивидуальных ультразвуковых аппаратов для сборки пластиковых изделий, испытание пластмасс на физико-механические свойства, – сказал Александр Селиванов.

*CAD/CAM/CAE-системы – системы автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и инженерного анализа.