Antaŭparolo
Kun la disvolviĝo de ultrasona teknologio, ĝia apliko estas pli kaj pli vasta, ĝi povas esti uzata por purigi etajn malpurajn erojn, kaj ĝi ankaŭ povas esti uzata por veldado de metalo aŭ plasto. Precipe en la hodiaŭaj plastaj produktoj, ultrasona veldado estas plejparte uzata, ĉar la ŝraŭba strukturo estas preterlasita, la aspekto povas esti pli perfekta, kaj ankaŭ la funkcio de akvorezistado kaj polvosuĉado. La dezajno de la plasta velda korno havas gravan efikon sur la fina velda kvalito kaj produktokapacito. En la produktado de novaj elektraj metroj, ultrasonaj ondoj estas uzataj por kunfandi la suprajn kaj subajn vizaĝojn. Tamen, dum uzo, oni trovas, ke iuj iloj estas instalitaj sur la maŝino kaj fenditaj kaj aliaj misfunkciadoj okazas en mallonga periodo. Iuj iloj pri veldaj produktoj la difekto estas alta. Diversaj misfunkciadoj havis konsiderindan efikon sur produktado. Laŭ la kompreno, ekipaĵprovizantoj havas limigitajn projektajn kapablojn por iloj, kaj ofte per ripetaj riparoj por atingi projektajn indikilojn. Tial necesas uzi niajn proprajn teknologiajn avantaĝojn por disvolvi daŭran ilaron kaj akcepteblan projektan metodon.
2 ultrasona plasta velda principo
Ultrasona plasta veldado estas pretiga metodo, kiu uzas la kombinaĵon de termoplastoj en la alta - frekvenca devigita vibrado, kaj la veldaj surfacoj frotas unu kontraŭ la alia por produkti lokan altan - temperaturon. Por atingi bonajn ultrasonajn veldajn rezultojn, ekipaĵoj, materialoj kaj procezaj parametroj estas bezonataj. La sekva estas mallonga enkonduko al ĝia principo.
2.1 Ultrasona Plasta Solda Sistemo
Figuro 1 estas skema vido de velda sistemo. La elektra energio estas pasita tra la signal -generatoro kaj la potenca amplifilo por produkti alternan elektran signalon de ultrasona frekvenco (> 20 kHz) aplikata al la transduktilo (piezoelektra ceramiko). Per la transduktilo, la elektra energio fariĝas la energio de la mekanika vibrado, kaj la amplekso de la mekanika vibro estas alĝustigita per la korno al la taŭga laboranta amplekso, kaj tiam unuforme transdonita al la materialo en kontakto kun ĝi tra la ilo (velda ilo). La kontaktaj surfacoj de la du veldaj materialoj estas submetitaj al alta - frekvenca devigita vibrado, kaj la frota varmego generas lokan altan temperaturon. Post malvarmigo, la materialoj estas kombinitaj por atingi veldadon.
En velda sistemo, la signalfonto estas cirkvitparto, kiu enhavas potencan amplifan cirkviton, kies frekvenca stabileco kaj stiranta kapablo influas la rendimenton de la maŝino. La materialo estas termoplasta, kaj la dezajno de la kuna surfaco bezonas konsideri kiel rapide generi varmon kaj dokon. Transduktiloj, kornoj kaj ilaj kapoj povas esti konsiderataj mekanikaj strukturoj por facila analizo de la kuplado de iliaj vibroj. En plasta veldado, mekanika vibrado estas transdonita en la formo de longformaj ondoj. Kiel efike translokigi energion kaj ĝustigi la amplekson estas la ĉefa punkto de dezajno.
2.2 Ilo -Kapo (velda ilo)
La ilo -kapo servas kiel la kontaktinterfaco inter la ultrasona velda maŝino kaj la materialo. Ĝia ĉefa funkcio estas transdoni la longforman mekanikan vibron eligitan de la variatoro egale kaj efike al la materialo. La materialo uzata estas kutime altkvalita aluminia alojo aŭ eĉ titana alojo. Ĉar la dezajno de plastaj materialoj multe ŝanĝiĝas, la aspekto estas tre malsama, kaj la ilo -kapo devas ŝanĝiĝi laŭe. La formo de la laboranta surfaco devas esti bone kongruita kun la materialo, por ne damaĝi la plaston kiam vibras; Samtempe, la unua - ordigi longforman vibran solidan frekvencon devas esti kunordigita kun la elira frekvenco de la velda maŝino, alie la vibra energio estos konsumita interne. Kiam la ilo -kapo vibras, loka streĉa koncentriĝo okazas. Kiel optimumigi ĉi tiujn lokajn strukturojn estas ankaŭ projekta konsidero. Ĉi tiu artikolo esploras kiel apliki ANSYS -desegnajn ilojn por optimumigi projektajn parametrojn kaj fabrikajn toleremojn.
3 Solda ilo -desegno
Kiel menciite antaŭe, la dezajno de la velda ilo estas sufiĉe grava. Estas multaj ultrasonaj ekipaĵaj provizantoj en Ĉinio, kiuj produktas siajn proprajn veldajn ilojn, sed konsiderinda parto de ili estas imitaĵoj, kaj tiam ili konstante tranĉas kaj testas. Per ĉi tiu ripetita alĝustiga metodo, la kunordigo de iloj kaj ekipaĵfrekvenco estas atingita. En ĉi tiu papero, la finia elementa metodo povas esti uzata por determini la frekvencon dum projektado de la ilaro. La ilaro -testo -rezulto kaj la dezajnofrekvenca eraro estas nur 1%. Samtempe, ĉi tiu papero enkondukas la koncepton de DFSS (dezajno por Ses Sigma) por optimumigi kaj fortikan projektadon de iloj. La koncepto de 6 - Sigma Design estas plene kolekti la voĉon de la kliento en la projektprocezo por celita dezajno; kaj antaŭ - konsidero de eblaj devioj en la produktada procezo por certigi, ke la kvalito de la fina produkto estas distribuita ene de akceptebla nivelo. La projektprocezo estas montrita en Figuro 2. Komencante de la disvolviĝo de la projektaj indikiloj, la strukturo kaj dimensioj de la ilaro estas komence desegnitaj laŭ la ekzistanta sperto. La parametra modelo estas establita en ANSYS, kaj tiam la modelo estas determinita per la simula eksperimenta desegno (DOE) metodo. Gravaj parametroj, laŭ la fortikaj postuloj, determinas la valoron, kaj tiam uzu la sub - probleman metodon por optimumigi aliajn parametrojn. Konsiderante la influon de materialoj kaj mediaj parametroj dum la fabrikado kaj uzo de la ilaro, ĝi ankaŭ estis desegnita kun toleremoj por plenumi la postulojn de fabrikaj kostoj. Fine, la fabrikado, testo kaj testo -teorio -projektado kaj efektiva eraro, por renkonti la projektajn indikilojn, kiuj estas liveritaj. La sekva paŝo - per - Paŝo Detala Enkonduko.
3.1 Geometria forma dezajno (establante parametran modelon)
Desegni la veldan ilaron unue determinas ĝian proksimuman geometrian formon kaj strukturon kaj establas parametran modelon por posta analizo. Figuro 3 a) estas la dezajno de la plej oftaj veldaj iloj, en kiuj kelkaj u - formaj fendoj estas malfermitaj en la direkto de vibro sur materialo de proksimume kubido. La ĝeneralaj dimensioj estas la longoj de la X, Y, kaj Z -direktoj, kaj la flankaj dimensioj X kaj Y estas ĝenerale kompareblaj al la grandeco de la peco de la peco. La longo de Z egalas al la duona ondolongo de la ultrasona ondo, ĉar en la klasika vibra teorio, la unua - ordo aksa frekvenco de la plilongigita objekto estas determinita de ĝia longo, kaj la duona - ondo longas kun la akustika ondo -frekvenco. Ĉi tiu dezajno plilongiĝis. Uzo, estas utila por la disvastiĝo de voĉaj ondoj. La celo de la U - -forma fendo estas malpliigi la perdon de flanka vibrado de la ilaro. La pozicio, grandeco kaj nombro estas determinitaj laŭ la totala grandeco de la ilaro. Videblas, ke en ĉi tiu dezajno estas malpli da parametroj, kiuj povas esti libere reguligitaj, tial ni faris plibonigojn sur ĉi tiu bazo. Figuro 3 b) estas nove desegnita ilo, kiu havas unu pli grandecan parametron ol la tradicia dezajno: la ekstera arka radio R. Krome, la fendo estas gravurita sur la laboranta surfaco de la ilaro por kunlabori kun la surfaco de la plasta peco, kiu estas utila por transdoni vibran energion kaj protekti la pecon de damaĝo de damaĝo. Ĉi tiu modelo estas rutine parametrike modeligita en ANSYS, kaj poste la sekva eksperimenta dezajno.
3.2 DOE Eksperimenta Dezajno (Determinado de Gravaj Parametroj)
DFSS estas kreita por solvi praktikajn inĝenierajn problemojn. Ĝi ne persekutas perfektecon, sed estas efika kaj fortika. Ĝi enkorpigas la ideon de 6 - Sigma, kaptas la ĉefan kontraŭdiron, kaj forlasas "99.97%", dum ĝi postulas, ke la dezajno estas sufiĉe imuna al media variaĵo. Tial, antaŭ ol fari la celan parametran optimumigon, ĝi unue estu kribrita, kaj la grandeco kiu havas gravan influon sur la strukturo devas esti elektita, kaj iliaj valoroj devas esti determinitaj laŭ la principo de fortikeco.
3.2.1 DOE -Parametra Agordo kaj DOE
La projektaj parametroj estas la ilara formo kaj la grandeca pozicio de la U - -forma fendo, ktp., En ok. La cela parametro estas la unua - ordo aksa vibra frekvenco ĉar ĝi havas la plej grandan influon sur la veldo, kaj la maksimuma koncentrita streĉado kaj la diferenco en la labora surfaca amplekso estas limigitaj kiel ŝtataj variabloj. Surbaze de sperto, oni supozas, ke la efiko de la parametroj sur la rezultoj estas lineara, do ĉiu faktoro estas agordita nur al du niveloj, alta kaj malalta. La listo de parametroj kaj respondaj nomoj estas kiel sekvas.
DOE estas farita en ANSYS uzante la antaŭe establitan parametran modelon. Pro programaj limigoj, plena - faktoro DOE nur povas uzi ĝis 7 parametrojn, dum la modelo havas 8 parametrojn, kaj la analizo de ANSYS pri DOE -rezultoj ne estas tiel ampleksa kiel Profesia 6 - Sigma Programaro kaj ne povas trakti interagadon. Tial ni uzas APDL por skribi DOE -buklon por kalkuli kaj ĉerpi la rezultojn de la programo, kaj poste enmeti la datumojn en Minitab por analizo.
3.2.2 Analizo de DOE -rezultoj
La DOE -analizo de Minitab estas montrita en Figuro 4 kaj inkluzivas la ĉefajn influajn faktorojn -analizon kaj interagan analizon. La ĉefa influa faktoro -analizo estas uzata por determini, kiuj dezajnaj variablaj ŝanĝoj havas pli grandan efikon sur la cela variablo, tiel indikante, kiuj estas gravaj desegnaj variabloj. La interagado inter la faktoroj tiam estas analizita por determini la nivelon de la faktoroj kaj malpliigi la gradon de kuplado inter la projektaj variabloj. Komparu la gradon de ŝanĝo de aliaj faktoroj kiam projekta faktoro estas alta aŭ malalta. Laŭ la sendependa aksiomo, la optimuma dezajno ne estas kunigita unu al la alia, do elektu la nivelon malpli ŝanĝiĝantan.
La analizaj rezultoj de la velda ilo en ĉi tiu papero estas: la gravaj projektaj parametroj estas la ekstera arka radio kaj la fenda larĝo de la ilaro. La nivelo de ambaŭ parametroj estas "alta", tio estas, ke la radio prenas pli grandan valoron en la DOE, kaj la fendo -larĝo ankaŭ havas pli grandan valoron. La gravaj parametroj kaj iliaj valoroj estis determinitaj, kaj tiam pluraj aliaj parametroj estis uzataj por optimumigi la dezajnon en ANSYS por ĝustigi la frekvencon de iloj por kongrui kun la funkcia frekvenco de la velda maŝino. La optimumiga procezo estas kiel sekvas.
3.3 Cela Parametra Optimumigo (Ilaro -Frekvenco)
La parametraj agordoj de la projekta optimumigo similas al tiuj de la DOE. La diferenco estas, ke la valoroj de du gravaj parametroj estis determinitaj, kaj la aliaj tri parametroj rilatas al la materialaj proprietoj, kiuj estas konsiderataj kiel bruo kaj ne povas esti optimumigitaj. La ceteraj tri parametroj, kiuj povas esti ĝustigitaj, estas la aksa pozicio de la fendo, la longo kaj la ilaro. La optimumigo uzas la subprobleman proksimuman metodon en ANSYS, kiu estas vaste uzata metodo en inĝenieraj problemoj, kaj la specifa procezo estas preterlasita.
Menciindas, ke uzado de ofteco kiel la cela variablo postulas iom da lerteco en funkciado. Ĉar ekzistas multaj projektaj parametroj kaj vasta variado, la vibraj modoj de la ilaro estas multaj en la frekvenca intereso. Se la rezulto de modala analizo estas rekte uzata, estas malfacile trovi la unuan - ordigi aksan reĝimon, ĉar la modala sekvenca interplektado povas okazi kiam la parametroj ŝanĝiĝas, tio estas la natura frekvenca ordinara responda al la originala reĝimo. Tial ĉi tiu papero adoptas la modalan analizon unue, kaj tiam uzas la modalan superpozician metodon por akiri la frekvencan respondan kurbon. Trovante la pintan valoron de la frekvenca responda kurbo, ĝi povas certigi la respondan modalan frekvencon. Ĉi tio tre gravas en la aŭtomata optimumiga procezo, forigante la bezonon permane determini la kategorion.
Post kiam la optimumigo estas finita, la dezajno funkcianta frekvenco de la ilaro povas esti tre proksima al la cela frekvenco, kaj la eraro estas malpli ol la tolerema valoro specifita en la optimumigo. Ĉe ĉi tiu punkto, la ilaro estas esence determinita, sekvita de fabrikado de toleremoj por produktada dezajno.
3.4 Toleremo
La ĝenerala struktura dezajno estas finita post kiam ĉiuj projektaj parametroj estis determinitaj, sed por inĝenieraj problemoj, precipe kiam oni konsideras la koston de amasproduktado, tolerema dezajno estas esenca. La kosto de malalta precizeco ankaŭ reduktiĝas, sed la kapablo plenumi dezajnajn metrikojn postulas statistikajn kalkulojn por kvantaj kalkuloj. La PDS -probabla dezajnosistemo en ANSYS povas pli bone analizi la rilaton inter toleremo de projektaj parametroj kaj cela parametro -toleremo, kaj povas generi kompletajn rilatajn raportajn dosierojn.
3.4.1 PDS -Parametraj Agordoj kaj Kalkuloj
Laŭ la ideo de DFSS, tolerema analizo devas esti farita sur gravaj projektaj parametroj, kaj aliaj ĝeneralaj toleremoj povas esti determinitaj empirie. La situacio en ĉi tiu papero estas sufiĉe speciala, ĉar laŭ la kapablo de maŝinado, la fabrikada toleremo de geometriaj desegnaj parametroj estas tre malgranda, kaj havas malmultan efikon sur la fina ilo -frekvenco; Dum la parametroj de krudmaterialoj multe diferencas pro provizantoj, kaj la prezo de krudaj materialoj respondecas pri pli ol 80% de iloj pri pretigaj kostoj. Tial necesas agordi akcepteblan tolereman gamon por la materialaj proprietoj. La koncernaj materialaj proprietoj ĉi tie estas denseco, modulo de elasteco kaj rapideco de disvastigo de sonoj.
Analizo de toleremo uzas hazardan Montekarlo -simuladon en ANSYS por specimenigi la latinan hiperkuban metodon ĉar ĝi povas fari la distribuadon de specimenaj punktoj pli unuforma kaj akceptebla, kaj akiri pli bonan korelacion per malpli multaj punktoj. Ĉi tiu papero fiksas 30 poentojn. Supozu, ke la toleremoj de la tri materialaj parametroj estas distribuitaj laŭ Gauss, komence donita supra kaj malsupra limo, kaj poste kalkulitaj en ANSYS.
3.4.2 Analizo de PDS -rezultoj
Per la kalkulo de PD -oj, la celaj variaj valoroj respondaj al 30 specimenoj estas donitaj. La distribuo de la celaj variabloj estas nekonata. La parametroj estas agorditaj denove per Minitab -programaro, kaj la ofteco estas esence distribuita laŭ la normala distribuo. Ĉi tio certigas la statistikan teorion de tolerema analizo.
La PDS -kalkulo donas taŭgan formulon de la dezajno -variablo al la tolerema ekspansio de la cela variablo: kie y estas la cela variablo, x estas la desegna variablo, c estas la korelacia koeficiento, kaj i estas la variablo -nombro.
Laŭ ĉi tio, la cela toleremo povas esti asignita al ĉiu dezajno -variablo por plenumi la taskon de tolerema desegno.
3.5 Eksperimenta konfirmo
La antaŭa parto estas la projektprocezo de la tuta velda ilo. Post la kompletigo, la krudmaterialoj estas aĉetitaj laŭ la materialaj toleremoj permesitaj de la dezajno, kaj poste transdonitaj al la fabrikado. Ofteco kaj modala testado estas faritaj post kiam fabrikado estas finita, kaj la testo -metodo uzata estas la plej simpla kaj plej efika kaŝpafisto. Ĉar la plej koncernita indekso estas la unua - ordo aksa modala frekvenco, la akcel -sensilo estas ligita al la funkcia surfaco, kaj la alia fino estas trafita laŭ la aksa direkto, kaj la efektiva frekvenco de la ilaro povas esti akirita per spektra analizo. La simulada rezulto de la dezajno estas 14925 Hz, la testo -rezulto estas 14954 Hz, la frekvenca rezolucio estas 16 Hz, kaj la maksimuma eraro estas malpli ol 1%. Videblas, ke la precizeco de la finia elemento -simulado en la modala kalkulo estas tre alta.
Pasinte la eksperimentan teston, la ilaro estas metita en produktadon kaj muntadon sur la ultrasona veldmaŝino. La reaga kondiĉo estas bona. La laboro estis stabila dum pli ol duonjaro, kaj la velda kvalifika indico estas alta, kiu superis la tri - monatan servan vivon promesitan de la ĝenerala ekipaĵo. Ĉi tio montras, ke la dezajno sukcesas, kaj la fabrikada procezo ne estis plurfoje modifita kaj ĝustigita, ŝparante tempon kaj forton.
4 Konkludo
Ĉi tiu papero komenciĝas per la principo de ultrasona plasta veldado, profunde ekprenas la teknikan fokuson de veldado, kaj proponas la projektan koncepton de nova ilaro. Tiam uzu la potencan simuladfunkcion de finia elemento por analizi la projekton konkrete, kaj enkonduki la 6 - Sigma -projektan ideon de DFSS, kaj kontroli la gravajn projektajn parametrojn per Ansys DoE -eksperimenta dezajno kaj PDS -tolerema analizo por atingi fortikan dezajnon. Fine, la ilaro estis sukcese fabrikita unufoje, kaj la dezajno estis akceptebla per la eksperimenta frekvenca testo kaj la efektiva produktada kontrolado. Ĝi ankaŭ pruvas, ke ĉi tiu aro de projektaj metodoj estas farebla kaj efika.
Afiŝotempo: Nov - 04 - 2020