Tecnología de pré-compresión

El pré-compresión es la carga de precarga o polarización aplicada a las cerámicas piezoeléctricas de los transductores ultrasónicos de potencia durante el ensamblaje. Su objetivo es maximizar simultáneamente la potencia de operación y el acoplamiento de las cerámicas a las masas metálicas, además de evitar el desplazamiento durante la vibración.

Tabla 1 - pré-compresión óptima
MaterialPré-compresión optimo
PZT-845 MPa
PZT-435 MPa

Esencialmente, el pré-compresión óptima depende de la tensión mecánica máxima soportada por el material piezoeléctrico, a diferencia del par de apriete, que varía según el área de las piezas cerámicas y el coeficiente de fricción del perno con las masas metálicas. Los valores típicos son 45 MPa para el PZT-8 y 35 MPa para el PZT-4, como se muestra en la tabla anterior (valores para cerámica de grado medio).


El pré-compresión y el par son proporcionales; sin embargo, la proporcionalidad varía mucho según el acabado de la superficie, la limpieza y la lubricación.

El pré-compresión es un factor clave para la vida útil, la máxima potencia de operación y la eficiencia de los transductores. Sin embargo, el exceso de pré-compresión cambia las propiedades de las cerámicas y puede provocar trituración; Mientras que la falta de ella provoca el desplazamiento lateral de la cerámica en alta potencia, dando lugar a grietas, arcos eléctricos y cortocircuitos.

Óptimo control y aplicación de pré-compresión.

PiezoClamping® emplea una tecnología novedosa en la que el pré-compresión se mide durante el proceso de apriete de forma precisa, constante y sin variaciones.

Tradicionalmente, el control de pré-compresión se limita al intento de estandarización mediante el control del par de apriete o la medición de la carga eléctrica generada por los piezocerámicos, sin preocuparse por el valor absoluto aplicado.

El par no es lo mismo que el pré-compresión. El par de apriete es la fuerza aplicada (F) x la distancia (d) y el pré-compresión (P) es la tensión (T) inducida en el perno dividida por el área de cerámica (S).

El control de pré-compresión basado en el control del par de apriete es práctico. Sin embargo, es indirecto y de baja precisión porque la correlación con el pré-compresión depende de varios factores y varía drásticamente con el coeficiente de fricción de los materiales y con la lubricación. Además, cuando el perno se atasca, puede llevar a la aplicación de un pré-compresión más bajo de lo esperado, incluso cuando se alcanza el par objetivo.

Aplicación óptima de pré-compresión utilizando PiezoClamping®
Montaje de conversor con control de pré-compresión aplicando PiezoClamping®

Conecte el PiezoClamping® al conversor manteniendo el perno suelto, ingrese los parámetros de la cerámica y apriete el transductor hasta lograr el pré-compresión deseado, como se muestra en las figuras anteriores. El ajuste se puede aplicar lentamente y con pausas sin afectar el resultado. Para ensamblar el transductor, asegúrese de que las interfaces, la rosca del perno y la masa delantera estén limpias, secas y sin lubricación (solo se puede lubricar el asiento del cabezal del perno para reducir el par de torsión requerido para lograr el pré-compresión deseado). PiezoClamping® debe configurarse para el pré-compresión y la velocidad de sujeción deseados, así como para el número y las características específicas de las cerámicas utilizadas.

Para proteger el perno si se atasca debido a una rosca dañada o contaminaciones por la unión de epoxi, use una llave de torsión con el par establecido en 120% del torsión típico requerido para lograr el pré-compresión deseado.

PiezoClamping® también puede medir el pré-compresión que se ha aplicado al transductor simplemente aflojándolo con el PiezoClamping® conectado y configurado.

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