Foarword
Mei de ûntwikkeling fan ultrasone technology is syn applikaasje mear en wiidweidich, kin it brûkt wurde om lytse smoargenspartikels te skjin te meitsjen, en it kin ek brûkt wurde foar welding metalen as plestik. Benammen yn 'e plestik produkten fan hjoed wurdt ultrasonyske welding meast brûkt, om't de skroeftruktuer weilitten is, kin it uterlik perfekt wêze, en de funksje fan wetterdichting en dustdichting is ek levere. It ûntwerp fan 'e plestik welding Horn hat in wichtige ynfloed op' e definitive welding kwaliteit en produksjekapasiteit. Yn 'e produksje fan nije elektryske meter wurde ultrasonyske golven brûkt om de boppeste en legere gesichten tegearre te fusearjen. Dochs wurdt it lykwols te finen dat guon ark lykwols wurde ynstalleare op 'e masine en kreake en oare mislearingen foarkomme yn in koarte perioade. Guon toslizzende weldingprodukten It defekt taryf is heech. Ferskate fouten hawwe in mânske ynfloed hân. Neffens it begryp hawwe de leveransiers foar apparatuer beheine beheine ûntwerpen foar ark, en faaks troch werhelle reparaasjes om ûntwerpenindikatoaren te berikken. Dêrom is it nedich om ús eigen technologyske foardielen te brûken om duorsum te ûntwikkeljen en in ridlike ûntwerpende metoade.
2 Ultrasonic Plastic Welding Principle
Ultrasone plestik welding is in ferwurkingsmetoade dy't de kombinaasje fan thermoplastyk brûkt wurdt yn 'e hege - frekwinsje twongen vibraasje, en de welding-oerflakken wreidzje tsjin elkoar om lokale hege te produsearjen - Temperatuer smelten. Om goede ultrasonyske welding resultaten te berikken, apparatuer binne materiaal en proses-parameters fereaske. It folgjende is in koarte ynlieding ta it prinsipe.
2.1 Ultrasonic Plastic Welding System
Figuer 1 is in skematyske werjefte fan in welding systeem. De elektryske enerzjy wurdt troch de sinjaal-generator trochjûn om in wikseljende elektryske sinjaal te produsearjen fan ultrasonyske frekwinsje (> 20 kHz) dat wurdt tapast op 'e transducer (piezo-elektryske keramyk). Troch de transducer wurdt de elektryske enerzjy fan 'e meganyske vibraasje, en de amplitie fan' e meganyske vibraasje wurdt oanpast oan 'e passende wurkling, en dan unifoarm oerdroegen oan it materiaal yn kontakt mei it troch it arkekop (welding-ark). De kontaktpersoanen fan 'e twa weldingmaterialen binne ûnderwurpen oan hege - Frekwinsje twongen Vibraasje, en de friksje waarmte genereart lokale hege temperatuer. Nei koeling binne de materialen kombineare om welding te berikken.
Yn in welding systeem is de sinjaalboarne in sirkwy-diel dat in macht fersterket befettet waans frekwinsjestabiliteit en rydfoarmigens beynfloedzje de prestaasjes fan 'e masine. It materiaal is in thermoplastysk, en it ûntwerp fan it mienskiplike oerflak moat beskôgje hoe't jo hjitte en dock snel moatte generearje. Transducers, hoarnen en arkhots kinne allegear wurde beskôge as meganyske struktueren foar maklike analyze fan 'e koppeling fan har vibraasjes. Yn plastik welding, is meganyske vibraasje oerbrocht yn 'e foarm fan longitudinale golven. Hoe kinne jo enerzjy effektyf oerdrage en de amplitude oanpasse is it haadpunt fan ûntwerp.
2.2 Tool Head (Wending Tooling)
De toolkop tsjinnet as de kontaktynterface tusken de ultrasone weldingmasjine en it materiaal. De wichtichste funksje is om de longitudinale meganyske vibraasje út te stjoeren troch de fariator gelyk en effisjint nei it materiaal te stjoeren. It brûkte materiaal is normaal aluminium fan hege kwaliteit as sels titaniumelloy. Om't it ûntwerp fan plestikmaterialen in protte feroaret, is it uterlik heul oars, en it arkekop moat dêrtroch feroarje. De foarm fan it wurkflier moat goed oerienkomme mei it materiaal, om it plestik net te beskeadigjen as se vibrearret; Tagelyk bestelle de earste - Bestel fan Longitudale vibraasje, soe moatte wurde koördineare mei de útfierfrekwinsje fan 'e Welding-masine, oars sil de vibraasje enerzjy konsumeare wurde. As de arkekop vibreart, komt pleatslike stresskonsintraasje foar. Hoe kinne jo dizze lokale struktueren optimalisearje is ek in beskôging fan in ûntwerp. Dit artikel ferkent hoe't jo ansys Untwerpynstrumint tapasse moatte om ûntwerpparameters en produsearjen fan produkten te optimearjen.
3 Welding Tooling Untwerp
Lykas earder neamd is it ûntwerp fan 'e Welding-ark heul wichtich. D'r binne in soad leveransiers fan ultrasone apparatuer yn Sina dy't har eigen welding-ark produsearje, mar in mânsk diel fan har binne imitaasjes, en dan binne se konstant trimmen en testen. Troch dizze werhelle oanpassingmetoade is de koördinaasje fan ark en apparatuerferwidering berikt. Yn dit papier kin de definitive elemint metoade brûkt wurde om de frekwinsje te bepalen by it ûntwerpen fan it ark. It resultaat fan it tooling Test en de Untfang Untfange flater binne mar 1%. Tagelyk yntroduseart dit papier it konsept fan DFS's DFSS (ûntwerp foar seis sigma) om te optimearjen en robúste ûntwerp fan ark te optimearjen. It konsept fan 6 - Sigma-ûntwerp is om de stim fan 'e klant folslein te sammeljen yn it ûntwerpproses foar doelbewuste ûntwerp; en pre - beskôging fan mooglike ôfwikingen yn it produksjeproses om te soargjen dat de kwaliteit fan it definitive produkt wurdt ferspraat binnen in ridlik nivo. It ûntwerpproses wurdt toand yn figuer 2. Fanôf de ûntwikkeling fan 'e ûntwikkeling fan it ûntwerpindikatoaren, de struktuer en dimensjes fan' e ark binne yn 't earstoan ûntworpen neffens de besteande ûnderfining. It parametryske model wurdt fêststeld yn Ansys, en dan wurdt it model bepaald troch it simulaasje eksperimintûntwerp (DOE) Metoade. WICHTICH MARAMETERS, Neffens de robústeasken, bepale de wearde, en brûk dan de sub - Probleemmetoade om oare parameters te optimalisearjen. Yn ferbân mei de ynfloed fan materialen en miljeu-parameters tidens de fabrikant en gebrûk fan 'e ark, is it ek ûntworpen mei toleraasjes om te foldwaan oan de easken fan produksje kosten. Uteinlik, de fabrikaazje, test- en test teoryûntwerp en eigentlike flater, om te foldwaan oan it ûntwerpindikatoaren dy't wurde levere. De folgjende stap - Troch - stap detaillearre ynlieding.
3.1 Geometrysk Form Design (it ynstellen fan in parametrysk model)
It ûntwerp fan it welding-ark bepaalt earst syn sawat geometryske foarm en struktuer en stelt in parametryske model foarôf foarôfgeande foarôfgeande analyse. Figuer 3 A) is it ûntwerp fan 'e meast foarkommende Welding-ark, wêryn in oantal u - foarfoarmige grooves wurde iepene yn' e rjochting fan vibraasje op in materiaal fan sawat cuboid. De algemiene dimensjes binne de lingten fan 'e X, Y, en Z-oanwizings, en de laterale dimensjes x en y binne oer it algemien fergelykber mei de grutte fan it wurkstik wurdt weld. De lingte fan Z is gelyk oan 'e helte golflingen fan' e ultrasele welle, want yn 'e klassike vibraasje teory is de earste-frekwinsje fan it langwerping fan it langwerping, en de helte wurdt krekt oerienkommen mei de akoestyske golfferwidering. Dit ûntwerp is ferlingd. Brûk, is foardielich foar de fersprieding fan lûdwellen. It doel fan 'e U - Kommige groove is it ferlies fan laterale vibraasje fan' e ark te ferminderjen. De posysje, grutte en nûmer wurde bepaald neffens de algemiene grutte fan 'e ark. It kin wurde sjoen dat yn dit ûntwerp, d'r minder parameters binne dy't frij kinne wurde regele, dus wy hawwe ferbetteringen makke op dizze basis. Figuer 3 b) is in nij ûntworpen ark dat is ien grutte parameter mear as it tradyshradius R. Bywurk om te wurkjen op it oerflak fan it plestik-wurkstikken om Vibration Enerzjy te stjoeren en it wurkstik te beskermjen en te beskermjen tsjin skea. Dit model wurdt routinely parametricaal modeleare yn Ansys, en dan it folgjende eksperimintele ûntwerp.
3.2 Doe eksperiminteel ûntwerp (fêststelling fan wichtige parameters)
DFSS is makke om praktyske engineeringproblemen op te lossen. It folget net perfeksje, mar is effektyf en robúste. It ferbyldet it idee fan 6 - Sigma, nimt de wichtichste tsjinspraak en ferlitten "99,97%", wylst jo it ûntwerp nedich binne om frijbetelling te wêzen foar miljeu-fariabiliteit. Dêrom, foardat jo de optimalisaasje foar doelpegraad parameter wurde screened, en de grutte dy't in wichtige ynfloed hat op 'e struktuer moatte wurde selekteare, en har wearden moatte wurde bepaald neffens it robúste prinsipe.
3.2.1 DOE parameter ynstelling en doe
De ûntwerpparameters binne de toolingfoarm en de grutte posysje fan 'e U - Foarskreaune groove, ensfh., Yn totaal acht. De doelparameter is de earste - Bestel fan axiale vibraasjefrekwinsje, om't it de grutste ynfloed hat op 'e weld, en de maksimale konsintreare stress en it ferskil yn' e wurkflier binne beheind as steatfariabelen. Basearre op ûnderfining, wurdt oannommen dat it effekt fan 'e parameters op' e resultaten lineêr binne, dus elke faktor is allinich ynsteld op twa nivo's, heech en leech. De list mei parameters en oerienkommende nammen is as folget.
Doe wurdt útfierd yn Ansys mei it earder fêststelde parametryske model. Fanwegen software-beheiningen kin folsleine - Factor Doe allinich oant 7 parameters brûke, wylst it model hat, en Ansys's analyse fan Doe-resultaten is net sa wiidweidich as profesjonele 6 - Sigma-software, en kin gjin ynteraksje behannelje. Dêrom brûke wy APDL om in DOE-loop te skriuwen om de resultaten fan it programma te berekkenjen en te ekstrahearjen, en sette dan de gegevens yn minitab foar analyse.
3.2.2 Analyse fan Doe resultaten
De doe-analyse fan Minitab wurdt toand yn figuer 4 en omfettet de wichtichste beynfloedzjende faktoarenanalyse en ynteraksje-analyse. De wichtichste ynfloednimmend faktoren wurdt brûkt om te bepalen hokker ûntwerpfariabele feroaringen in gruttere ynfloed hawwe op 'e doelfariabele, dêrtroch oanjomen dy't wichtige ûntwerpfariabelen binne. De ynteraksje tusken de faktoaren wurdt dan analysearre om it nivo fan 'e faktoaren te bepalen en de graad fan koppeling te ferminderjen tusken de ûntwerpfariabelen. Fergelykje de graad fan feroaring fan oare faktoaren as in ûntwerpfaktor heech as leech is. Neffens it ûnôfhinklike aksiom is it optimale ûntwerp net mei elkoar te koppele, dus kies it nivo dat minder fariabele is.
De analysresultaten fan 'e welding-ark yn dit papier binne: de wichtige ûntwerpparameters binne de bûtenste ARC-radius en it slotbreedte fan' e ark. It nivo fan beide parameters is "heech", dat is, de radius nimt in gruttere wearde yn 'e doe, en de groove breedte nimt ek in gruttere wearde. De wichtige parameters en har wearden waarden bepaald, en doe waarden bepaalde oare parameters brûkt om it ûntwerp yn Ansys te optimalisearjen om de arkfrekwinsje oan te passen om te passen om te passen om te passen om te passen om te passen om te passen om te passen om te passen om te passen om te passen fan 'e Welding-masine. It optimalisaasjeproses is as folget.
3.3 Doel PARAMETER OPTIPIERATION (AORPHING Frekwinsje)
De parameterynstellingen fan 'e ûntwerpoppenimalisaasje binne gelyk oan dy fan' e doe. It ferskil is dat de wearden fan twa wichtige parameters binne bepaald, en de oare trije parameters binne besibbe oan de materiële eigenskippen, dy't wurde beskôge as lûd en kin net optimal wurde. De oerbleaune trije parameters dy't oanpast wurde kinne wurde de axiale posysje fan it slot, de lingte en de arkbehear. De optimalisaasje brûkt de subprobleem-approx-metoade yn Ansys, dat is in breed brûkt metoade yn Engineering Problemen, en it spesifyk proses is weilitten.
It is it wurdich op te merken dat frekwinsje brûke as de doelfariabele in bytsje feardigens nedich is yn wurking. Om't d'r in protte ûntwerpparameters binne en in breed oanbod fan fariaasje, binne de vibraasjemodi fan 'e ark, binne in protte yn it frekwinsjeberikensberik. As it resultaat fan modale analyse wurdt brûkt, is it lestich om de earste te finen, om't de modale sekuny interleut kin foarkomme as de natuerlike frekwinsje-ordinaal oerienkomt mei de orizjinele modus feroaret. Dêrom oannimt dit papier earst de modale analyse, en brûktet dan de metoade foar superposante metoade om de frekwinsje antwurdskurve te krijen. Troch it finen fan 'e peakwearde fan' e frekwinsje antwurdkromme kin it de oerienkommende modale frekwinsje soargje. Dit is heul wichtich yn it automatysk optimalisaasjeproses, eliminearje de needsaak om de modaliteit manuell te bepalen.
Neidat de optimisaasje is foltôge, kin de ûntwerpfreekwinsje fan 'e ark fan' e Tooling net ticht wêze by de doelfrekwinsje, en de flater is minder dan de wearzjonele wearde yn 'e optimisaasje. Op dit punt is it ark yn 'e ark yn prinsipe bepaald, folge troch produksjedoelen foar produksjeûntwerp.
3.4 Tolerânsje Design
It algemiene struktureel ûntwerp is foltôge neidat alle ûntwerpparameters binne bepaald, mar foar Engineering Problemen, fral by it beskôgjen fan 'e kosten foar massa-produksje, tolerânsje ûntwerp is essensjeel. De kosten fan lege presyzje is ek fermindere, mar de mooglikheid om ûntwerpmetrens te foldwaan oan statistyske berekkeningen foar kwantitative berekkeningen. It PDS-proefûntwerpsysteem yn Ansys kin de relaasje better analysearje tusken Untwerp PARAMETER TOLERANSJE EN DAIN PARAMETER TOLERANSJE, en kin folsleine relatearre rapportbestannen generearje.
3.4.1 PDS parameterynstellingen en berekkeningen
Neffens it DSS-idee moat tolerânsje analyse wurde útfierd op wichtige ûntwerpparameters, en oare algemiene tolerânsjes kinne empirysk wurde bepaald. De situaasje yn dit papier is heul spesjaal, want neffens it ferwurkjen fan it ferwurkjen is de produkten tolerânsje fan geometryske ûntwerpparameters heul lyts, en hat net folle effekt op 'e finalisearjende frekwinsje; Wylst de parameters fan rau materialen sterk binne fanwege leveransiers, en de priis fan rau materialen-akkounts foar mear dan 80% fan it ferwurkjen fan ark. Dêrom is it nedich om in ridlike tolerânsje-berik te setten foar de materiële eigenskippen. De relevante materiaal-eigenskippen hjir binne tichtheid, modulus fan elastisiteit en snelheid fan lûdswelle-propagaasje.
Tolerânsje Analyse brûkt Willekeurige Monte-abrune-carlo-simulaasje yn Ansys om de Latynske hypercube-metoade te sampjen, om't it de ferdieling fan punten mear kin meitsje en bettere korrelaasje troch minder punten. Dizze papier sets 30 punten. Stel dat de tolerânsjes fan 'e trije materiaalparameters wurde ferdield, neffens Gauss, yn earste ynstânsje in boppeste en legere limyt jûn, en berekkene dan yn Ansys.
3.4.2 Analyse fan PDS-resultaten
Troch de berekkening fan PD's, komt de doelfariabele wearden oerien mei 30 samplingpunten jûn. De ferdieling fan 'e doelfariabelen is net bekend. De parameters binne opnij ynrjochte mei minitab-software, en de frekwinsje wurdt yn prinsipe ferdield neffens de normale ferdieling. Dit soarget derfoar dat de statistyske teory fan tolerânsje analyse is.
De PDS-berekkening jout in passende formule fan 'e ûntwerpfariabele oan' e ferdriuwen fan 'e ferdriuwen fan' e doelfariabele: wêr't jo de doelfariabele, X is de korrelaasjekoëffisjint, en ik is it fariabele getal.
Neffens dit kin de doeltolerânsje wurde tawiisd oan elke ûntwerpfariabele om de taak fan tolerânsjeûntwerp te foltôgjen.
3.5 Eksperimintele ferifikaasje
It foarste diel is it ûntwerpproses fan it heule welding-ark. Nei it foltôgjen wurde de grûnstoffen oankocht neffens de materiële tolerânsje tastien troch it ûntwerp, en dan levere oan 'e fabrikaazje. Frekwinsje en modale testen wurde útfierd nei't fabrikaazje is foltôge, en de brûkte testmetoade is de ienfâldichste en meast effektive sniper testmetoade. Om't de meast oanbelangjende yndeks de earste is, bestelle aksiale modale frekwinsje is oan it wurkflak fêstmakke oan it wurkflier, en de eigentlike frekwinsje fan 'e ark kin wurde krigen troch spektrale analyse. It simulaasjeresultaat fan it ûntwerp is 14925 HZ, it testresultaat is 14954 HZ, de frekwinsjeresolúsje is 16 Hz, en de maksimale flater is minder dan 1%. It kin sjoen wurde dat de krektens fan 'e definitaasje-simulaasje yn' e modale berekkening heul heech is.
Nei it trochjaan fan 'e eksperimintele test wurdt de arking yn produksje yn produksje en gearkomst set op' e ultrasonyske weldingmasjine. De reaksje betingst is goed. It wurk is mear as in heal jier stabyl west, en it welding kwalifikaasje taryf is heech, dy't de trije - Moanne tsjinst dat wurdt tasein troch de algemiene fabrikant fan 'e algemiene apparatuerprofant. Dit lit sjen dat it ûntwerp suksesfol is, en it fabrikaazjeproses is net ferskate kearen wizige en oanpast, tiid besparre en manpower.
4 konklúzje
Dit papier begjint mei it prinsipe fan ultrasone plasticketing, djip grypt de technyske fokus fan welding, en stelt it ûntwerpende konsept fan nije ark. Brûk dan de krêftige simulaasjefunksje fan einige elemint om it ûntwerp fan 'e ûntwerp te analysearjen, en yntrodusearje de 6 - Sigma-ûntwerp fan DFS, en kontrolearje de wichtige DOE-eksperimentele ûntwerp en PDS-tolerânsje analyse om robúste ûntwerp te berikken. Uteinlik waard de ark ienris mei súkses produsearre, en it ûntwerp wie ridlik troch de eksperimintele frekwinsje-test en de eigentlike produksjeferifikaasje. It bewiist ek dat dizze set fan ûntwerpmetoaden mooglik en effektyf is.
Post tiid: - 04 nov 4 - 2020