Predgovor
Razvoj ultrazvučne tehnologije njegova je aplikacija sve opsežnija, može se koristiti za čišćenje sitnih čestica prljavštine, a može se koristiti i za zavarivanje metala ili plastike. Naročito u današnjim plastičnim proizvodima uglavnom se koristi ultrazvučno zavarivanje, jer se vijčana struktura izostavljena, izgled može biti savršeniji, a funkcija hidroizolacije i prašine. Dizajn plastičnog zavarivačkog roga ima važan utjecaj na konačno kvalitetno zavarivanje i proizvodni kapacitet. U proizvodnji novih električnih brojila, ultrazvučni valovi koriste se za spajanje gornje i donje strane zajedno. Međutim, tijekom upotrebe utvrđeno je da su neki alati instalirani na stroju i puknute i ostali kvarovi se javljaju u kratkom vremenskom periodu. Neki proizvodi za zavarivanje alata, stopa oštećenja je visoka. Razne su greške imale značajan utjecaj na proizvodnju. Prema razumijevanju, dobavljači opreme imaju ograničene mogućnosti dizajna za alate, a često kroz ponovljene popravke za postizanje indikatora dizajna. Stoga je potrebno koristiti vlastite tehnološke prednosti za razvoj trajnog alata i razumnog načina dizajna.
2 ultrazvučni princip za zavarivanje plastike
Ultrazvučno plastično zavarivanje je metoda obrade koja koristi kombinaciju termoplastike u visokoj frekvencijskoj prisilnoj vibraciji, a površine za zavarivanje trljaju jedni protiv drugih kako bi se proizvelo lokalno vrijeme za proizvodnju lokalnih temperatura. Da bi se postigli dobri ultrazvučni rezultati zavarivanja, potrebni su oprema, materijali i procesni parametri. Slijedi kratak uvod u njegov princip.
2.1 Ultrazvučni plastični sistem zavarivanja
Slika 1 je šematski pogled na sistem zavarivanja. Električna energija se prolazi kroz generator signala i pojačalo napajanja za proizvodnju naizmjeničnog električnog signala ultrazvučne frekvencije (> 20 kHz) koji se primjenjuje na pretvarač (piezoelektrična keramika). Kroz pretvarač električna energija postaje energija mehaničke vibracije, a amplituda mehaničke vibracije prilagođava se rogom na odgovarajuću radnu amplitudu, a zatim se ravnomjerno prenese u materijal u kontaktu s glavom alata (alat za zavarivanje). Kontaktne površine dva materijala za zavarivanje podvrgnute su visokoj frekvencijskoj prisilnoj vibracijskoj vibraciji, a toplina trenja stvara lokalnu topljenje visokog temperature. Nakon hlađenja, materijali se kombinuju za postizanje zavarivanja.
U sistemu zavarivanja, izvor signala je dio kruga koji sadrži pojačalo pojačalo na čijoj frekvencijskoj stabilnosti i mogućnost pogona utiču na performanse uređaja. Materijal je termoplastičan, a dizajn zglobne površine mora uzeti u obzir kako brzo generirati toplinu i pristanište. Pretvarači, rogovi i glave alata mogu se smatrati mehaničkim strukturama za jednostavnu analizu spajanja njihovih vibracija. U plastičnom zavarivanju mehanička vibracija se prenosi u obliku uzdužnih talasa. Kako efikasno prenijeti energiju i prilagoditi amplitudu je glavna točka dizajna.
2.2 Glava alata (alat za zavarivanje)
Glava alata služi kao sučelje za kontakt između ultrazvučnog zavarivačke mašine i materijala. Njegova glavna funkcija je prenošenje uzdužne mehaničke vibracije koji varijator učini ravnomjerno i efikasno na materijal. Korišteni materijal obično je visokokvalitetna aluminijska legura ili čak i legura titana. Budući da se dizajn plastičnih materijala mnogo mijenja, izgled je vrlo različit, a glava alata mora se mijenjati u skladu s tim. Oblik radne površine treba biti dobro usklađen sa materijalom, tako da ne ošteti plastiku kada vibrira; Istovremeno, prva - narudžba uzdužna vibracija od solidne frekvencije treba koordinirati sa izlaznom frekvencijom aparata za zavarivanje, u protivnom će se bežična energija biti konzumirana interno. Kad se glava alata vibrira, dođe do koncentracije lokalne napone. Kako optimizirati ove lokalne strukture također je dizajnerski razmatranje. Ovaj članak istražuje kako primijeniti glave ANSYS dizajnerskih alata za optimizaciju dizajnerskih parametara i proizvodnih tolerancija.
3 dizajn alata za zavarivanje
Kao što je već spomenuto, dizajn alata za zavarivanje je prilično važan. Postoji mnogo dobavljača ultrazvučne opreme u Kini koji proizvode vlastite alate za zavarivanje, ali znatan dio njih su imitacije, a zatim se stalno obrezuju i testiraju. Kroz ovaj ponovljeni način podešavanja postiže se koordinacija frekvencije alata i opreme. U ovom radu metoda konačnih elemenata može se koristiti za određivanje frekvencije prilikom dizajniranja alata. Rezultat ispitivanja alata i greška u dizajnerskoj frekvenciji su samo 1%. Istovremeno ovaj rad predstavlja koncept DFSS-a (dizajn za šest sigma) za optimizaciju i robustan dizajn alata. Koncept 6 - Sigma dizajn je u potpunosti prikupiti kupčev glas u procesu dizajna za ciljani dizajn; i pre - razmatranja mogućih odstupanja u proizvodnom procesu kako bi se osiguralo da se kvaliteta konačnog proizvoda distribuira u razumnom nivou. Proces dizajna prikazan je na slici 2. Počevši od razvoja indikatora dizajna, struktura i dimenzije alata u početku su dizajnirane prema postojećem iskustvu. Parametrijski model uspostavljen je u ANSYS-u, a zatim je model određeno metodom simulacijskog eksperimentalnog dizajna (DOE). Važni parametri, prema robusnim zahtjevima, određuju vrijednost, a zatim upotrijebite metodu sub - za optimizaciju drugih parametara. Uzimajući u obzir utjecaj materijala i parametara zaštite okoliša tokom proizvodnje i upotrebe alata, također je dizajniran s tolerancijama kako bi se ispunili zahtjevi troškova proizvodnje. Konačno, proizvodnja, test i teorijski test testiranja i stvarna greška, kako bi se ispunili pokazatelji dizajna koji se isporučuju. Sljedeći korak - Korak detaljni uvod.
3.1 Dizajn geometrijskog oblika (uspostavljanje parametričnog modela)
Projektiranje alata za zavarivanje prvo određuje približni geometrijski oblik i strukturu i uspostavlja parametrični model za naknadnu analizu. Slika 3 a) je dizajn najčešćih alata za zavarivanje, u kojem se u smjeru vibracije otvoreni broj u - oblika u obliku u - u smjeru vibracije na materijalu približno kuboida. Ukupne dimenzije su duljine X, Y, i S uputa, a bočne dimenzije X i Y općenito su uporedive s veličinom radnog komada zavarenog. Dužina Z jednaka je pola talasne dužine ultrazvučnog vala, jer u klasičnoj teoriji vibracije, prva - aksijalna frekvencija izduženog predmeta određuje se svojom dužinom, a polovina - masna dužina tačno se podudara sa frekvencijom akustične valove. Ovaj dizajn je produžen. Upotreba je korisna za širenje zvučnih talasa. Svrha utora u obliku u - je smanjenje gubitka bočne vibracije alata. Položaj, veličina i broj određuju se u skladu s ukupnom veličinom alata. Može se vidjeti da u ovom dizajnu postoje manje parametara koji se mogu slobodno regulirati, pa smo poboljšanja napravili na ovoj osnovi. Slika 3 b) je novoizmišljeno sredstvo koje ima još jedan parametar veličine od tradicionalnog dizajna: utor je utor ugraviran na radnoj površini alata za suradnju s površinom plastičnog radnog dijela, što je korisno prenijeti vibracijsku energiju i zaštititi obradak od oštećenja. Ovaj je model rutinski parametrično modeliran u ANSYS-u, a zatim sljedeći eksperimentalni dizajn.
3.2 DOE Experimentalni dizajn (određivanje važnih parametara)
DFSS je stvoren za rješavanje praktičnih inženjerskih problema. Ne slijedi savršenstvo, već je efikasan i robustan. Oslobodi ideju 6 - Sigme, snima glavnu kontradikciju, a abandons "99,97%", dok je za cilj da dizajn bude prilično otporan na varijabilnost okoliša. Stoga, prije nego što se optimizacija ciljane parametra, prvo treba prikazati, a veličina koja ima važan utjecaj na strukturu treba odabrati, a njihove vrijednosti trebaju se odrediti u skladu s principom robusnosti.
3.2.1 Doe postavka parametara i doe
Parametri dizajna su oblik alata i položaj veličine utora u obliku u - itd., Ukupno osam. Ciljni parametar je prva - aksijalna vibracijska frekvencija jer ima najveći utjecaj na zavarivanje, a maksimalni koncentrirani stres i razlika u radnoj površini amplitude ograničena su kao državne varijable. Na osnovu iskustva pretpostavlja se da je učinak parametara na rezultate linearni, tako da je svaki faktor postavljen samo na dva nivoa, visoki i nizak. Popis parametara i odgovarajućih imena je sljedeća.
Doe se izvodi u ANSYS koristeći prethodno uspostavljeni parametrični model. Zbog ograničenja softvera, puni - faktor Doe može koristiti samo do 7 parametara, dok model ima 8 parametara, a ANSYS-ova analiza rezultata DOE-a nije kao profesionalna 6 - Sigma softver i ne može se nositi sa interakcijom. Stoga koristimo APDL za pisanje LOOP-a za izračunavanje i izvlačenje rezultata programa, a zatim staviti u Minitab za analizu.
3.2.2 Analiza rezultata DOE
Minitab-ova analiza DOE prikazana je na slici 4 i uključuje glavne utjecajne analize faktora i analizu interakcije. Glavna utjecajna analiza faktora koristi se za utvrđivanje promjena promjene dizajna imaju veći utjecaj na ciljnu varijablu, na taj način navodeći što su važne varijable dizajna. Zatim se analizira interakcija između faktora kako bi se utvrdila nivo faktora i smanjenje stupnja spojenja između varijabli dizajna. Uporedite stepen promjene drugih faktora kada je faktor dizajna visok ili nizak. Prema neovisnom aksiomu, optimalni dizajn nije spojen jedni drugima, pa odaberite razinu koja je manje varijabla.
Rezultati analize alata za zavarivanje u ovom radu su: važni dizajnerski parametri su vanjski lučni radijus i širina utora alata. Nivo oba parametra je "visok", odnosno, radijus uzima veću vrijednost u DOE-u, a širina utora također uzima veću vrijednost. Određeni su važni parametri i njihove vrijednosti, a zatim je potrebno nekoliko drugih parametara za optimiziranje dizajna u ANSYS-u za podešavanje frekvencije alata za odgovarajuću radnu frekvenciju aparata za zavarivanje. Proces optimizacije je sljedeći.
3.3 Optimizacija ciljanog parametara (frekvencija alata)
Postavke parametara dizajnerskih optimizacije slične su onima iz Doe-a. Razlika je u tome što su utvrđene vrijednosti dva važnih parametara, a druga tri parametra povezana su s svojstvima materijala koja se smatraju bukom i ne mogu se optimizirati. Preostalih tri parametra koje se mogu podesiti su aksijalni položaj utora, dužina i širina alata. Optimizacija koristi metodu približavanja podproblem u ANSYS, što je široko korištena metoda u inženjerskim problemima, a specifičan proces je izostavljen.
Vrijedno je napomenuti da upotreba frekvencije kao ciljne varijable zahtijeva malo vještine u radu. Budući da postoje mnogi parametri dizajna i širok spektar varijacije, vibracijski načini alata su mnogi u frekvencijskom rasponu interesa. Ako se rezultat modalne analize direktno koristi, teško je pronaći aksijalni režim - Budući da se modalno preplitanje sekvence može pojaviti kada se parametri promijene, odnosno prirodna redni redni redni na promjenu izvornog načina rada. Stoga ovaj rad prvo usvaja modalnu analizu, a zatim koristi modalnu metodu superpozicije za dobivanje krivulje frekvencijskog odgovora. Pronalaženjem vršne vrijednosti krivulje frekvencijskog odgovora, može osigurati odgovarajuću modalnu frekvenciju. Ovo je vrlo važno u procesu automatskog optimizacije, eliminirajući potrebu za ručnim određivanjem modaliteta.
Nakon završetka optimizacije, dizajnerska radna frekvencija alata može biti vrlo blizu ciljne frekvencije, a greška je manja od vrijednosti tolerancije navedene u optimizaciji. U ovom trenutku, dizajn alata u osnovi je utvrđen, nakon čega slijede proizvodne tolerancije za proizvodnju dizajna.
3.4 Dizajn tolerancije
Opći strukturni dizajn završen je nakon što su određeni svi parametri dizajna, ali za inženjerske probleme, posebno kada se razmatra troškove masovne proizvodnje, dizajn tolerancije je važan. Cijena niske preciznosti također se smanjuje, ali mogućnost zadovoljavanja dizajnerskih mjernih podataka zahtijeva statističke proračune za kvantitativne izračune. PDS sistem vjerojatnosti u ANSYS-u može bolje analizirati odnos između tolerancije na toleranciju parametara dizajna i ciljanog tolerancije parametara i može generirati kompletne povezane datoteke izvještaja.
3.4.1 Postavke i proračuni parametara PDS-a
Prema DFSS ideji, analiza tolerancije treba izvršiti na važnim dizajnerskim parametrima, a druge opće tolerancije mogu se odrediti empirijski. Situacija u ovom radu je prilično posebna, jer prema sposobnosti obrade, tolerancija proizvodnje geometrijskog dizajna parametara vrlo je mala i ima malo utjecaja na konačnu frekvenciju alata; Iako su parametri sirovina mnogo različiti zbog dobavljača, a cijena sirovina čini više od 80% troškova obrade alata. Stoga je potrebno postaviti razumni raspon tolerancije za svojstva materijala. Relevantna svojstva materijala ovdje su gustoća, modul elastičnosti i brzina širenja zvučne valne širenja.
Analiza tolerancije koristi nasumičnu Monte Carlo simulaciju u ANSYS-u za uzorku metode latinske hiperkube jer može učiniti raspodjelu bodova uzorkovanju ujednačenijim i razumnim i dobivanje bolje korelacije za manje bodova. Ovaj rad postavlja 30 bodova. Pretpostavimo da se tolerancije od tri materijalne parametre distribuiraju prema Gaussu, u početku s obzirom na gornju i donju granicu, a zatim se izračunavaju u ANSYS.
3.4.2 Analiza rezultata PDS-a
Kroz izračun PDS-a, date su ciljne varijable koje odgovaraju 30 točaka uzorkovanja. Distribucija ciljnih varijabli nije poznata. Parametri se ponovo postavljaju pomoću softvera Minitab, a frekvencija je u osnovi distribuirana prema normalnoj distribuciji. To osigurava statističku teoriju analize tolerancije.
Proračun PDS-a daje finu formulu iz dizajnerskih varijabla za ekspanziju tolerancije ciljane varijable: gdje je y ciljna varijabla, x je promenljiva dizajna, c je koeficijent korelacije i ja sam varijabilni broj.
Prema tome, ciljna tolerancija može se dodijeliti svakoj promjeni dizajna kako bi se dovršio zadatak dizajna tolerancije.
3.5 Eksperimentalna verifikacija
Prednji dio je dizajnerski proces cijelog alata za zavarivanje. Nakon završetka, sirovine se kupuju u skladu s materijalnim tolerancijama koje je omogućio dizajn, a zatim dostavljaju proizvodnju. Učestalost i modalno ispitivanje vrše se nakon završetka proizvodnje, a korištena metoda ispitivanja je najjednostavnija i najefikasnija metoda snajperskog ispitivanja. Budući da je najosjećeniji indeks prva - aksijalna modalna frekvencija, senzor ubrzanja pričvršćen je na radnu površinu, a drugi kraj je pogođen u aksijalnom smjeru, a stvarna frekvencija alata može se dobiti spektralnom analizom. Rezultat simulacije dizajna je 14925 Hz, rezultat testa je 14954 Hz, rezolucija frekvencije je 16 Hz, a maksimalna greška je manja od 1%. Može se vidjeti da je tačnost simulacije konačnih elemenata u modnom proračunu vrlo visoka.
Nakon polaganja eksperimentalnog testa, alat se stavlja u proizvodnju i montažu na ultrazvučnoj aparatu za zavarivanje. Reakcijski uvjet je dobar. Rad je bio stabilan više od pola godine, a stopa kvalifikacije za zavarivanje visoka, koja je premašila tromjesečni život koji je obećao opći proizvođač opreme. To pokazuje da je dizajn uspješan, a proces proizvodnje nije više puta modificiran i prilagođen, ušteda vremena i radne snage.
4 Zaključak
Ovaj rad započinje principom ultrazvučnog plastičnog zavarivanja, duboko hvatajući tehnički fokus zavarivanja i predlaže koncept dizajna novog alata. Zatim koristite moćnu simulacijsku funkciju konačnog elementa da biste konkretno analizirali dizajn i uvesti 6 - Sigma Design Idej DFSS-a i kontrolira važne dizajnerske parametre putem ANSYS-a Experimental Dizajn i analizu PD-a za postizanje robusnog dizajna. Konačno, alat je uspješno proizveden jednom, a dizajn je bio razumni po eksperimentalnom ispitivanju frekvencije i stvarne provjere proizvodnje. Takođe dokazuje da je ovaj skup metoda dizajna izvediv i efikasan.
Vrijeme pošte: Nov - 04 - 2020