Прадмова
З развіццём ультрагукавой тэхналогіі яго прымяненне ўсё больш шырокае, яго можна выкарыстоўваць для ачысткі малюсенькіх часціц бруду, а таксама можна выкарыстоўваць для зваркі металу або пластыка. Асабліва ў сённяшніх пластыкавых прадуктах ультрагукавая зварка выкарыстоўваецца ў асноўным, таму што шрубавая структура апушчана, знешні выгляд можа быць больш дасканалым, і таксама прадугледжана функцыя гідраізаляцыі і прапорцыі пылу. Дызайн пластыкавага зварачнага рога аказвае важны ўплыў на выніковую якасць зваркі і вытворчыя магутнасці. Пры вытворчасці новых электрычных лічыльнікаў ультрагукавыя хвалі выкарыстоўваюцца для злівання верхніх і ніжніх грані разам. Аднак падчас выкарыстання ўстаноўлена, што на машыне ўсталёўваюцца некаторыя інструменты, а за кароткі прамежак часу ўзнікаюць некаторыя збоі. Некаторыя інструменты зваркі прадукты дэфект высокая. Розныя няспраўнасці аказалі значны ўплыў на вытворчасць. Згодна з разуменнем, пастаўшчыкі абсталявання маюць абмежаваныя магчымасці дызайну для інструментаў і часта праз неаднаразовы рамонт для дасягнення паказчыкаў дызайну. Таму неабходна выкарыстоўваць нашы ўласныя тэхналагічныя перавагі для распрацоўкі трывалых інструментаў і разумнага метаду дызайну.
2 ультрагукавы прынцып пластыкавай зваркі
Ультрагукавая пластыкавая зварка - гэта метад апрацоўкі, які выкарыстоўвае спалучэнне тэрмапластыкі ў высокай - Частата прымусовай вібрацыі, а зварныя паверхні ўціраюць адзін аднаго, каб вырабляць мясцовыя высокія - тэмпература плаўлення. Для дасягнення добрых ультрагукавых вынікаў зваркі неабходныя абсталяванне, матэрыялы і параметры працэсу. Ніжэй прыведзены кароткае ўвядзенне ў яго прынцып.
2.1 Ультрагукавая сістэма пластыкавай зваркі
Малюнак 1 - схематычны выгляд зваркі. Электрычная энергія перадаецца праз генератар сігналу і ўзмацняльнік магутнасці для атрымання чаргавання электрычнага сігналу ультрагукавой частоты (> 20 кГц), які прымяняецца да пераўтваральніка (п'езаэлектрычная кераміка). Праз пераўтваральнік электрычная энергія становіцца энергіяй механічнай вібрацыі, а амплітуда механічнай вібрацыі рэгулюецца рогам да адпаведнай працоўнай амплітуды, а затым раўнамерна перадаецца матэрыялу, які кантактуе з ім праз галоўку інструмента (інструмент зваркі). Кантактныя паверхні двух зварачных матэрыялаў падвяргаюцца высокай - Частата прымусовай вібрацыі, а трэнне цяпла стварае мясцовае плаўленне высокай тэмпературы. Пасля астуджэння матэрыялы аб'ядноўваюцца для дасягнення зваркі.
У сістэме зваркі крыніца сігналу - гэта частка, якая змяшчае ланцуг узмацняльніка магутнасці, стабільнасць частоты і прывада якіх уплываюць на прадукцыйнасць машыны. Матэрыял уяўляе сабой тэрмапластыку, а канструкцыя паверхні суставаў павінна разгледзець, як хутка стварыць цяпло і док. Датчыкі, рогі і галоўкі інструментаў можна лічыць механічнымі структурамі для лёгкага аналізу злучэння іх вібрацый. У пластыкавай зварцы механічная вібрацыя перадаецца ў выглядзе падоўжных хваль. Як эфектыўна пераносіць энергію і наладзіць амплітуду - галоўны момант дызайну.
2.2 Галава інструмента (інструментарыя зваркі)
Галава інструмента служыць кантактным інтэрфейсам паміж ультрагукавой машынай зваркі і матэрыялам. Асноўная яго функцыя заключаецца ў перадачы падоўжнай механічнай вібрацыі, якая выводзіцца варыятарам раўнамерна і эфектыўна да матэрыялу. Матэрыял, які выкарыстоўваецца, звычайна з'яўляецца алюмініевым сплавам высокай якасці або нават тытанавым сплавам. Паколькі дызайн пластыкавых матэрыялаў моцна мяняецца, знешні выгляд вельмі розны, і галоўка інструмента павінна змяніцца адпаведна. Форма працоўнай паверхні павінна добра адпавядаць матэрыялу, каб не пашкодзіць пластык пры вібрацыі; У той жа час, першая - парадак падоўжнай вібрацыі цвёрдая частата павінна быць узгоднена з выходнай частатой зварачнай машыны, інакш энергія вібрацыі будзе спажывацца ўнутрана. Калі галоўка інструмента вібруе, узнікае мясцовая канцэнтрацыя стрэсу. Як аптымізаваць гэтыя мясцовыя структуры таксама з'яўляецца разгляд дызайну. У гэтым артыкуле вывучаецца, як прымяняць загадкі інструментаў ANSYS для аптымізацыі параметраў дызайну і вырабу допуску.
3 Дызайн інструментаў зваркі
Як ужо згадвалася раней, дызайн зваркі інструментаў даволі важны. У Кітаі існуе мноства пастаўшчыкоў ультрагукавога абсталявання, якія вырабляюць уласныя зварныя інструменты, але значная частка іх - імітацыя, а потым яны пастаянна абрэзкі і тэставанні. Дзякуючы гэтаму неаднаразоваму спосабу каардынацыі інструментаў і частаты абсталявання дасягаецца. У гэтым артыкуле метад канчатковага элемента можа быць выкарыстаны для вызначэння частоты пры распрацоўцы інструментаў. Вынік тэсту для інструментаў і памылка праектавання складаюць толькі 1%. У той жа час, у гэтым артыкуле прадстаўлена паняцце DFSS (дызайн для шасці Sigma) для аптымізацыі і надзейнага дызайну інструментаў. Канцэпцыя 6 - Sigma Design заключаецца ў поўным зборы голасу кліента ў працэсе распрацоўкі мэтанакіраванага дызайну; і папярэдне - Разгляд магчымых адхіленняў у вытворчым працэсе, каб забяспечыць распаўсюджванне якасці канчатковага прадукту на разумным узроўні. Працэс праектавання паказаны на малюнку 2. Пачынаючы з распрацоўкі праектных паказчыкаў, структура і памеры інструмента першапачаткова распрацаваны ў адпаведнасці з існуючым вопытам. Параметрычная мадэль усталёўваецца ў ANSYS, а затым мадэль вызначаецца метадам мадэлявання эксперыментаў (DOE). Важныя параметры, у адпаведнасці з надзейнымі патрабаваннямі, вызначце значэнне, а затым выкарыстоўвайце метад Sub - для аптымізацыі іншых параметраў. Улічваючы ўплыў матэрыялаў і экалагічных параметраў падчас вырабу і выкарыстання інструментаў, ён таксама быў распрацаваны з допускамі для задавальнення патрабаванняў выдаткаў на вытворчасць. Нарэшце, дызайн тэорыі вытворчасці, тэставання і тэставання і фактычная памылка для задавальнення праектных паказчыкаў, якія пастаўляюцца. Наступны крок - па - крок падрабязнае ўвядзенне.
3.1 Дызайн геаметрычнай формы (усталяванне параметрычнай мадэлі)
Распрацоўка інструментаў зваркі спачатку вызначае яго прыблізную геаметрычную форму і структуру і ўсталёўвае параметрычную мадэль для наступнага аналізу. Малюнак 3, а) - гэта дызайн найбольш распаўсюджанага зваркі, у якім адкрыты шэраг u - формы ў напрамку вібрацыі на матэрыяле прыблізна кубаіда. Агульныя памеры - гэта даўжыня напрамкаў X, Y і Z, а бакавыя памеры X і Y звычайна супастаўныя з памерам зваркі нарыхтоўкі. Даўжыня z роўная паловай даўжыні хвалі ультрагукавой хвалі, таму што ў класічнай тэорыі вібрацыі першая - восевая частата парадку выцягнутага аб'екта вызначаецца яго даўжынёй, а даўжыня паловы - дакладна адпавядае частаты акустычнай хвалі. Гэты дызайн быў пашыраны. Выкарыстанне, карысна для распаўсюджвання гукавых хваль. Мэта u - формы канаўкі - знізіць страту бакавой вібрацыі інструмента. Становішча, памер і лік вызначаюцца ў адпаведнасці з агульным памерам інструмента. Відаць, што ў гэтай канструкцыі ёсць менш параметраў, якія можна свабодна рэгуляваць, таму мы палепшыліся на гэтай аснове. Малюнак 3 б) - гэта нядаўна распрацаваны інструмент, які мае яшчэ адзін параметр памеру, чым традыцыйны дызайн: радыус вонкавай дугі R. Акрамя таго, канаўка выгравіравана на працоўнай паверхні інструмента для супрацоўніцтва з паверхняй пластыкавай нарыхтоўкі, якая карысна для перадачы энергіі вібрацыі і абароны нарыхтоўкі ад пашкоджанняў. Гэтая мадэль рэгулярна параметрычна мадэлюецца ў ANSYS, а потым наступная эксперыментальная канструкцыя.
3.2 Эксперыментальная канструкцыя DOE (вызначэнне важных параметраў)
DFSS створаны для вырашэння практычных інжынерных праблем. Гэта не імкнецца да дасканаласці, але эфектыўна і надзейна. Ён увасабляе ідэю 6 - Sigma, фіксуе галоўнае супярэчнасць і адмаўляецца ад "99,97%", патрабуючы, каб дызайн быў вельмі ўстойлівы да зменлівасці навакольнага асяроддзя. Такім чынам, перад тым, як зрабіць аптымізацыю мэтавага параметра, яго трэба абследавацца спачатку, і памер, які аказвае важны ўплыў на структуру, павінен быць выбраны, і іх значэнні павінны быць вызначаны ў адпаведнасці з прынцыпам надзейнасці.
3.2.1 Настройка параметраў DOE і DOE
Параметры канструкцыі - гэта форма інструментаў і становішча памеру u - формы канаўкі і г.д., у агульнай складанасці восем. Мэтавы параметр з'яўляецца першым - Частата восевай вібрацыі замовы, паколькі ён аказвае найбольшы ўплыў на зваркі, а максімальны канцэнтраваны напружанне і розніца ў амплітудзе працоўнай паверхні абмежаваныя як зменныя стану. Зыходзячы з вопыту, мяркуецца, што ўплыў параметраў на вынікі лінейны, таму кожны каэфіцыент усталёўваецца толькі на два ўзроўні, высокі і нізкі. Спіс параметраў і адпаведных імёнаў заключаецца ў наступным.
DOE праводзіцца ў ANSYS, выкарыстоўваючы раней усталяваную параметрычную мадэль. З -за абмежаванняў праграмнага забеспячэння, поўны - Фактар DOE можа выкарыстоўваць толькі да 7 параметраў, у той час як мадэль мае 8 параметраў, а аналіз вынікаў DOE ANSYS не такі ўсёабдымны, як прафесійнае праграмнае забеспячэнне 6 - Sigma Software і не можа справіцца з узаемадзеяннем. Такім чынам, мы выкарыстоўваем APDL для напісання цыклу DOE для вылічэння і здабывання вынікаў праграмы, а потым укласці дадзеныя ў Minitab для аналізу.
3.2.2 Аналіз вынікаў DOE
Аналіз DOE Minitab паказаны на малюнку 4 і ўключае асноўны аналіз фактараў, якія ўплываюць на фактары і аналіз узаемадзеяння. Асноўны аналіз фактару, які ўплывае на тое, выкарыстоўваецца для вызначэння таго, якія змены канструкцыі аказваюць большы ўплыў на мэтавую зменную, што сведчыць пра важныя зменныя канструкцыі. Затым узаемадзеянне паміж фактарамі аналізуецца для вызначэння ўзроўню фактараў і зніжэння ступені злучэння паміж дызайнерскімі зменнымі. Параўнайце ступень змены іншых фактараў, калі каэфіцыент праектавання высокі або нізкі. Згодна з незалежнай аксіёмай, аптымальная канструкцыя не спалучаецца адзін з адным, таму выберыце ўзровень, які менш зменлівы.
Вынікі аналізу інструментаў зваркі ў гэтай працы: Важнымі параметрамі дызайну з'яўляюцца радыус вонкавай дугі і шырыня слота інструмента. Узровень абодвух параметраў "высокі", гэта значыць, радыус набывае большае значэнне ў DOE, а шырыня канаўкі таксама набывае большае значэнне. Былі вызначаны важныя параметры і іх значэнні, а затым некалькі іншых параметраў былі выкарыстаны для аптымізацыі дызайну ў ANSYS, каб наладзіць частату інструментаў у адпаведнасці з працоўнай частатой зварачнай машыны. Працэс аптымізацыі наступным чынам.
3.3 Аптымізацыя мэтавых параметраў (частата інструментаў)
Налады параметраў аптымізацыі праектавання падобныя на ўстановы DOE. Розніца заключаецца ў тым, што былі вызначаны значэнні двух важных параметраў, а астатнія тры параметры звязаны з уласцівасцямі матэрыялу, якія разглядаюцца як шум і не могуць быць аптымізаваны. Астатнія тры параметры, якія можна рэгуляваць, - гэта восевае становішча слота, даўжыні і шырыню інструментаў. Аптымізацыя выкарыстоўвае метад набліжэння падпраблемы ў ANSYS, які з'яўляецца шырока выкарыстоўваным метадам у інжынерных праблемах, і канкрэтны працэс апускаецца.
Варта адзначыць, што выкарыстанне частоты ў якасці мэтавай зменнай патрабуе невялікага навыку ў працы. Паколькі існуе мноства параметраў дызайну і шырокі спектр варыяцый, рэжымы вібрацыі інструментаў шмат у чым у дыяпазоне частот. Калі вынік мадальнага аналізу непасрэдна выкарыстоўваецца, цяжка знайсці першы - восевы рэжым замовы, паколькі мадальная паслядоўнасць пераплятаецца, калі параметры мяняюцца, гэта значыць натуральны частотны парадкавы, які адпавядае першапачатковаму рэжыму. Такім чынам, у гэтым артыкуле спачатку прымаецца мадальны аналіз, а потым выкарыстоўвае метад мадальнага суперпазіцыі для атрымання крывой частотнай рэакцыі. Знайшоўшы пікавае значэнне крывой частотнай рэакцыі, яна можа забяспечыць адпаведную мадальную частату. Гэта вельмі важна ў працэсе аўтаматычнай аптымізацыі, ліквідуючы неабходнасць уручную вызначыць мадальнасць.
Пасля завяршэння аптымізацыі частата рабочай працы інструмента можа быць вельмі блізка да мэтавай частаты, і памылка меншая, чым значэнне талерантнасці, указанае пры аптымізацыі. У гэты момант дызайн інструментаў у асноўным вызначаецца, а затым выраб дапушчальных дапушчанняў для вытворчасці.
3.4 Дызайн талерантнасці
Агульная структурная канструкцыя завяршаецца пасля таго, як былі вызначаны ўсе параметры дызайну, але для інжынерных праблем, асабліва пры разглядзе кошту масавай вытворчасці, дызайн талерантнасці мае важнае значэнне. Кошт нізкай дакладнасці таксама зніжаецца, але магчымасць выканання метрыкі дызайну патрабуе статыстычных разлікаў для колькасных разлікаў. Сістэма праектавання верагоднасці PDS у ANSYS можа лепш прааналізаваць сувязь паміж дапушчальнасцю параметраў праектавання і талерантнасцю да параметраў мэтавага параметраў і можа стварыць поўныя адпаведныя файлы справаздач.
3.4.1 Налады параметраў PDS і разлікі
Згодна з ідэяй DFSS, аналіз талерантнасці павінен быць праведзены на важных параметрах праектавання, а іншыя агульныя допускі можна вызначыць дасведчаным шляхам. Сітуацыя ў гэтай працы даволі асаблівая, таму што ў залежнасці ад здольнасці апрацоўкі, талерантнасць да вытворчасці геаметрычных параметраў дызайну вельмі малая і мала ўплывае на канчатковую частату інструментаў; У той час як параметры сыравіны значна адрозніваюцца з -за пастаўшчыкоў, а кошт сыравіны складае больш за 80% выдаткаў на апрацоўку інструментаў. Таму неабходна ўсталяваць разумны дыяпазон талерантнасці для ўласцівасцей матэрыялу. Адпаведныя ўласцівасці матэрыялу тут - гэта шчыльнасць, модуль эластычнасці і хуткасць распаўсюджвання гукавой хвалі.
Аналіз талерантнасці выкарыстоўвае выпадковае мадэляванне Монтэ -Карла ў ANSYS для выбару лацінскага метаду гіперкуба, паколькі ён можа зрабіць размеркаванне кропак адбору пробаў больш раўнамерным і разумным, а таксама атрымаць лепшую карэляцыю на меншай колькасці пунктаў. У гэтым дакуменце ўстаноўлена 30 балаў. Дапусцім, што допускі трох параметраў матэрыялу распаўсюджваюцца ў адпаведнасці з Гаусам, першапачаткова даем верхняй і ніжняй мяжы, а потым разлічваюцца ў ANSYS.
3.4.2 Аналіз вынікаў PDS
Пры разліку PDS прыведзены мэтавыя зменныя значэнні, якія адпавядаюць 30 пунктам адбору. Размеркаванне мэтавых зменных невядома. Параметры зноў усталёўваюцца пры дапамозе праграмнага забеспячэння Minitab, а частата ў асноўным распаўсюджваецца ў адпаведнасці з звычайным размеркаваннем. Гэта забяспечвае статыстычную тэорыю аналізу талерантнасці.
Разлік PDS дае прыдатную формулу ад зменнай канструкцыі да пашырэння допуску мэтавай зменнай: дзе y з'яўляецца мэтавай зменнай, x - гэта канструкцыйная зменная, c - каэфіцыент карэляцыі, і я - зменная.
Згодна з гэтым, мэтавая талерантнасць можа быць прызначана для кожнай зменнай канструкцыі для выканання задачы дызайну талерантнасці.
3.5 Эксперыментальная праверка
Пярэдняя частка - гэта працэс распрацоўкі ўсяго інструмента зваркі. Пасля завяршэння сыравіну закуплены ў адпаведнасці з матэрыяльнымі допускамі, дазволенымі дызайнам, а затым дастаўляецца да вытворчасці. Частата і мадальныя тэставанні праводзяцца пасля завяршэння вытворчасці, а метад тэсту - самы просты і эфектыўны метад тэсту снайпер. Паколькі найбольш зацікаўлены індэкс з'яўляецца першым - замовай восевай мадальнай частоты, датчык паскарэння прымацаваны да працоўнай паверхні, а другі канец ударыў па восевым кірунку, а фактычная частата інструмента можа быць атрымана пры спектральным аналізе. Вынік мадэлявання канструкцыі - 14925 Гц, вынік тэсту - 14954 Гц, дазвол частоты - 16 Гц, а максімальная памылка менш за 1%. Відаць, што дакладнасць мадэлявання канчатковых элементаў у мадальным разліку вельмі высокая.
Пасля праходжання эксперыментальнага выпрабавання інструмент укладваецца ў вытворчасць і збор на ультрагукавую зварачную машыну. Умова рэакцыі добры. Праца была стабільнай больш за паўгода, а кваліфікацыя зваркі высокая, што перавысіла тры - месячнае тэрмін службы, абяцанае вытворцам агульнага абсталявання. Гэта паказвае, што дызайн паспяховы, і працэс вытворчасці не быў неаднаразова зменены і скарэкціраваны, эканоміўшы час і працоўную сілу.
4 Заключэнне
Гэты дакумент пачынаецца з прынцыпу ультрагукавой пластыкавай зваркі, глыбока разумее тэхнічную ўвагу зваркі і прапануе дызайнерскую канцэпцыю новага інструмента. Затым выкарыстоўвайце магутную функцыю мадэлявання канчатковага элемента, каб канкрэтна прааналізаваць дызайн і прадставіць ідэю 6 - Sigma Design Idea of DFSS і кантраляваць важныя параметры дызайну праз эксперыментальны дызайн DOE і аналіз талерантнасці да PDS для дасягнення надзейнага дызайну. Нарэшце, інструмент быў паспяхова выраблены адзін раз, і дызайн быў разумны ў выніку эксперыментальнага тэсту на частату і фактычнай праверкі вытворчасці. Гэта таксама даказвае, што гэты набор метадаў праектавання магчымы і эфектыўны.
Час паведамлення: лістапад - 04 - 2020