Aplikasyon nan optimize paramèt ANSYS ak konsepsyon pwobabilite sou kòn ultrasons soude

Devan
Avèk devlopman nan teknoloji ultrasons, aplikasyon li se pi plis ak plis vaste, li kapab itilize yo netwaye patikil pousyè tè ti, epi li kapab tou gen pou itilize pou soude metal oswa plastik. Espesyalman nan pwodwi plastik jodi a, se soude ultrasons sitou itilize, paske se estrikti a vis omisyon, aparans la ka pi pafè, ak fonksyon an nan WATERPROOFING ak dustproofing tou bay. Desen an nan kòn lan soude plastik gen yon enpak enpòtan sou bon jan kalite a soude final ak kapasite pwodiksyon an. Nan pwodiksyon nouvo mèt elektrik yo, yo itilize vag ultrasons pou plon figi anwo ak pi ba yo ansanm. Sepandan, pandan itilize, li te jwenn ke kèk zouti yo enstale sou machin nan ak fann ak lòt echèk rive nan yon kout peryòd de tan. Gen kèk pwodwi soude outillage pousantaj la domaj ki wo. Divès defo te gen yon enpak konsiderab sou pwodiksyon an. Selon konpreyansyon an, founisè ekipman yo gen kapasite konsepsyon limite pou outillage, e souvan nan reparasyon repete yo reyalize endikatè konsepsyon. Se poutèt sa, li nesesè yo sèvi ak pwòp avantaj teknolojik nou yo devlope outillage dirab ak yon metòd konsepsyon rezonab.
2 prensip ultrasons soude plastik
Soudi plastik ultrasons se yon metòd pwosesis ki itilize konbinezon an nan thermoplastics nan segondè a - frekans fòse Vibration, ak sifas yo soude fwote kont youn ak lòt yo pwodwi lokal segondè - tanperati k ap fonn. Yo nan lòd yo reyalize bon rezilta soude ultrasons, ekipman, materyèl ak paramèt pwosesis yo gen obligasyon. Sa ki anba la a se yon entwodiksyon tou kout sou prensip li yo.
2.1 Ultrasonic Sistèm soude plastik
Figi 1 se yon View schematic nan yon sistèm soude. Se enèji elektrik la pase nan dèlko a siyal ak anplifikatè a pouvwa yo pwodwi yon altène siyal elektrik nan frekans ultrasons (> 20 kHz) ki se aplike nan aparèy la (piezoelectric seramik). Atravè aparèy la, enèji elektrik la vin enèji nan Vibration a mekanik, ak anplitid nan Vibration la mekanik ajiste pa kòn lan nan anplitid ki apwopriye a ap travay, ak Lè sa a, egzakteman menm jan transmèt nan materyèl la an kontak ak li nan tèt la zouti (soude outillage). Sifas yo kontak nan de materyèl yo soude yo sibi segondè - frekans fòse Vibration, ak chalè a friksyon jenere lokal tanperati segondè k ap fonn. Apre refwadisman, materyèl yo konbine pou reyalize soude.

Nan yon sistèm soude, sous siyal la se yon pati sikwi ki gen yon sikwi anplifikatè pouvwa ki gen frekans estabilite ak kapasite kondwi afekte pèfòmans nan machin nan. Materyèl la se yon tèrmoplastik, ak konsepsyon nan sifas la jwenti bezwen konsidere ki jan yo byen vit jenere chalè ak waf. Transducers, kòn ak tèt zouti tout ka konsidere kòm estrikti mekanik pou analiz fasil nan kouti a nan vibrasyon yo. Nan soude plastik, se Vibration mekanik transmèt nan fòm lan nan vag Longitudinal. Ki jan yo efektivman transfere enèji ak ajiste anplitid la se pwen prensipal la nan konsepsyon.
2.2 tèt zouti (outillage soude)
Tèt zouti a sèvi kòm koòdone nan kontak ant machin nan soude ultrasons ak materyèl la. Fonksyon prensipal li se transmèt Vibration nan Longitudinal mekanik outputted pa varyatè a respire ak avèk efikasite nan materyèl la. Materyèl la itilize se anjeneral bon jan kalite alyaj aliminyòm oswa menm alyaj Titàn. Paske konsepsyon an nan materyèl plastik chanje yon anpil, aparans la se trè diferan, ak tèt la zouti gen chanje kòmsadwa. Fòm nan sifas la ap travay yo ta dwe byen matche ak materyèl la, se konsa yo pa domaje plastik la lè vibre; An menm tan an, premye a - lòd Longitudinal Vibration solid frekans yo ta dwe kowòdone ak frekans lan pwodiksyon nan machin nan soude, otreman enèji nan Vibration yo pral boule intern. Lè tèt zouti a vibre, konsantrasyon estrès lokal rive. Ki jan yo optimize estrikti sa yo lokal se tou yon konsiderasyon konsepsyon. Atik sa a eksplore ki jan pou aplike pou ANSYS Design Zouti tèt yo optimize paramèt konsepsyon ak tolerans manifakti.
3 Design Soudure outillage
Kòm mansyone pi bonè, desen an nan outillage a soude se byen enpòtan. Gen anpil founisè ekipman ultrasons nan Lachin ki pwodwi pwòp zouti soude yo, men yon pati konsiderab nan yo se imitasyon, ak Lè sa a, yo toujou ap rediksyon ak tès yo. Atravè metòd ajisteman repete sa a, se kowòdinasyon an nan outillage ak ekipman frekans reyalize. Nan papye sa a, ka metòd la eleman fini dwe itilize detèmine frekans lan lè konsepsyon outillage la. Rezilta tès outillage a ak erè nan frekans konsepsyon yo, se sèlman 1%. An menm tan an, papye sa a entwodui konsèp nan DFSS (Design pou Six Sigma) yo optimize ak konsepsyon gaya nan outillage. Konsèp la nan 6 - Sigma Design se konplètman kolekte vwa kliyan an nan pwosesis la konsepsyon pou konsepsyon vize; ak pre - konsiderasyon de devyasyon posib nan pwosesis pwodiksyon an pou asire ke bon jan kalite pwodwi final la distribye nan yon nivo rezonab. Pwosesis la konsepsyon yo montre nan Figi 2. Kòmanse nan devlopman nan endikatè yo konsepsyon, estrikti a ak dimansyon nan outillage a yo okòmansman ki fèt dapre eksperyans la ki deja egziste. Se modèl la paramètrik etabli nan ANSYS, ak Lè sa a, se modèl la detèmine pa konsepsyon an Simulation Eksperyans (DOE) metòd. Paramèt enpòtan, dapre kondisyon yo ki gaya, detèmine valè a, ak Lè sa a, sèvi ak metòd la sub - pwoblèm yo optimize lòt paramèt. Pran an kont enfliyans nan materyèl ak paramèt anviwònman pandan fabrike a ak itilizasyon nan outillage a, li te tou te fèt ak tolerans satisfè kondisyon ki nan depans fabrikasyon yo. Finalman, manifakti a, tès ak tès konsepsyon teyori ak aktyèl erè, satisfè endikatè yo konsepsyon ke yo lage. Etap sa a - pa - etap detaye entwodiksyon.
3.1 konsepsyon fòm jewometrik (etabli yon modèl paramètrik)
Designing outillage nan soude premye detèmine apwoksimatif fòm jeyometrik li yo ak estrikti ak etabli yon modèl paramètrik pou analiz ki vin apre. Figi 3 a) se desen an nan outillage a soude ki pi komen, nan ki yon kantite u - ki genyen siyon ki gen fòm yo louvri nan yon direksyon ki nan Vibration sou yon materyèl nan apeprè kib. Dimansyon yo an jeneral yo se longè yo nan direksyon yo x, y, ak z, ak dimansyon yo lateral yo x ak y yo jeneralman konparab ak gwosè a nan pyès la ke yo te soude. Longè Z la egal a mwatye longèdonn nan onn ultrasons, paske nan teyori a Vibration klasik, se premye - lòd axial frekans nan objè a long detèmine pa longè li yo, epi li se mwatye nan longè onn egzakteman matche ak frekans lan vag acoustic. Sa a te konsepsyon te pwolonje. Sèvi ak, se benefisye a gaye nan vag son. Objektif la nan u - ki gen fòm Groove a se diminye pèt la nan vibrasyon lateral nan outillage la. Pozisyon, gwosè ak nimewo yo detèmine dapre gwosè an jeneral nan outillage la. Li ka wè ke nan konsepsyon sa a, gen mwens paramèt ki ka lib reglemante, se konsa nou te fè amelyorasyon sou baz sa a. Figi 3 b) se yon outillage ki fèk fèt ki gen yon sèl plis gwosè paramèt pase konsepsyon an tradisyonèl yo: ekstèn ARC RADIUS R. Anplis de sa, se Groove a grave sou sifas la ap travay nan outillage a kolabore ak sifas la nan pyès la plastik, ki se benefisye transmèt enèji Vibration ak pwoteje pyès la nan domaj. Modèl sa a se regilyèman paramètrikman modle nan ANSYS, ak Lè sa a, pwochen konsepsyon eksperimantal la.
3.2 DOE konsepsyon eksperimantal (detèminasyon nan paramèt enpòtan)
DFSS se kreye yo rezoud pwoblèm jeni pratik. Li pa pouswiv pèfeksyon, men li efikas ak gaya. Li defini lide a nan 6 - Sigma, kaptire kontradiksyon prensipal la, ak abandone "99.97%", pandan y ap egzije konsepsyon an yo dwe byen rezistan a variation nan anviwònman an. Se poutèt sa, anvan yo fè optimize nan paramèt sib, li ta dwe fè tès depistaj premye, ak gwosè a ki gen yon enfliyans enpòtan sou estrikti a yo ta dwe chwazi, ak valè yo ta dwe detèmine dapre prensip la fyabilite.
3.2.1 anviwònman paramèt doe ak doe
Paramèt yo konsepsyon yo se fòm nan outillage ak pozisyon nan gwosè nan U - ki gen fòm Groove a, elatriye, yon total de uit. Paramèt la sib se premye - lòd axial frekans lan Vibration paske li gen pi gwo enfliyans sou soude a, ak maksimòm estrès la konsantre ak diferans lan nan anplitid nan sifas k ap travay yo limite kòm varyab eta a. Baze sou eksperyans, li sipoze ke efè paramèt yo sou rezilta yo se lineyè, se konsa chak faktè se sèlman mete nan de nivo, segondè ak ba. Lis la nan paramèt ak non korespondan se jan sa a.
DOE fèt nan ANSYS lè l sèvi avèk modèl la paramètrik deja etabli. Akòz limit lojisyèl, plen - faktè DOE ka sèlman itilize jiska 7 paramèt, pandan y ap modèl la gen 8 paramèt, ak analiz ANSYS a nan rezilta DOE se pa tankou konplè kòm pwofesyonèl 6 - Sigma lojisyèl, epi yo pa ka okipe entèraksyon. Se poutèt sa, nou itilize APDL yo ekri yon bouk DOE yo kalkile ak ekstrè rezilta yo nan pwogram nan, ak Lè sa a, mete done yo nan Minitab pou analiz.
3.2.2 Analiz de rezilta DOE
Analiz DOE Minitab la montre nan Figi 4 e li gen ladan analiz prensipal faktè enfliyanman ak analiz entèraksyon. Se prensipal analiz la faktè enfliyanman itilize detèmine ki konsepsyon chanjman varyab gen yon pi gwo enpak sou varyab la sib, kidonk ki endike ki se varyab konsepsyon enpòtan. Se entèraksyon ki genyen ant faktè sa yo Lè sa a, analize detèmine nivo a nan faktè sa yo ak diminye degre nan kouti ant varyab yo konsepsyon. Konpare degre nan chanjman nan lòt faktè lè yon faktè konsepsyon se segondè oswa ki ba. Dapre aksyòm nan endepandan, konsepsyon an pi bon pa makonnen youn ak lòt, se konsa chwazi nivo a ki se mwens varyab.
Rezilta analiz yo nan outillage a soude nan papye sa a yo se: paramèt yo konsepsyon enpòtan yo se reyon an ak ak lajè a plas nan outillage la. Nivo nan tou de paramèt se "segondè", se sa ki, reyon an pran yon valè pi gwo nan DOE a, ak lajè a Groove tou pran yon valè pi gwo. Paramèt yo enpòtan ak valè yo yo te detèmine, ak Lè sa a, plizyè lòt paramèt yo te itilize yo optimize konsepsyon an nan ANSYS ajiste frekans lan outillage matche ak frekans lan opere nan machin nan soude. Pwosesis optimize a se jan sa a.
3.3 Optimizasyon paramèt sib (frekans outillage)
Anviwònman yo paramèt nan optimize nan konsepsyon yo sanble ak sa yo ki nan DOE la. Diferans lan se ke valè yo nan de paramèt enpòtan yo te detèmine, ak lòt twa paramèt yo ki gen rapò ak pwopriyete yo materyèl, ki yo konsidere kòm bri epi yo pa ka optimisé. Rès twa paramèt yo ki ka ajiste yo se pozisyon nan aksyal nan plas la, longè a ak lajè a outillage. Optimizasyon an sèvi ak metòd la apwoksimasyon subproblem nan ANSYS, ki se yon metòd lajman itilize nan pwoblèm jeni, epi li se pwosesis la espesifik omisyon.
Li se vo anyen ki lè l sèvi avèk frekans kòm varyab la sib mande pou yon konpetans ti kras nan operasyon. Paske gen anpil paramèt konsepsyon ak nan yon pakèt domèn varyasyon, mòd yo Vibration nan outillage a yo anpil nan seri a frekans nan enterè yo. Si se rezilta a nan analiz modal dirèkteman itilize, li difisil a jwenn premye - lòd la aksyal mòd, paske sekans lan modal interleaving ka rive lè paramèt yo chanje, se sa ki, frekans natirèl la ordinal ki koresponn a chanjman yo mòd orijinal la. Se poutèt sa, papye sa a adopte analiz la modal premye, ak Lè sa a, sèvi ak metòd la supèrpozisyon modal jwenn koub la repons frekans. Pa jwenn valè a pik nan koub la repons frekans, li ka asire ki koresponn frekans lan modal. Sa a se trè enpòtan nan pwosesis la optimize otomatik, elimine bezwen nan manyèlman detèmine modalite a.
Apre yo fin optimize a fini, konsepsyon an ap travay frekans nan outillage a ka trè pre frekans lan sib, ak erè a se mwens pase valè a tolerans espesifye nan optimize la. Nan pwen sa a, se konsepsyon nan outillage fondamantalman detèmine, ki te swiv pa tolerans fabrikasyon pou konsepsyon pwodiksyon an.
3.4 Design tolerans
Se konsepsyon an jeneral estriktirèl ranpli apre tout paramèt konsepsyon yo te detèmine, men pou pwoblèm jeni, espesyalman lè yo konsidere pri a nan pwodiksyon an mas, konsepsyon tolerans se esansyèl. Se pri a nan presizyon ki ba tou redwi, men kapasite nan satisfè mesures konsepsyon mande pou kalkil estatistik pou kalkil quantitative. Sistèm konsepsyon pwobabilite PDS nan ANSYS ka pi byen analize relasyon ki genyen ant tolerans paramèt konsepsyon ak tolerans paramèt sib, epi yo ka jenere dosye konplè rapò ki gen rapò.
3.4.1 PDS anviwònman paramèt ak kalkil
Selon lide DFSS la, analiz tolerans yo ta dwe fèt sou paramèt konsepsyon enpòtan, ak lòt tolerans jeneral ka detèmine anpirikman. Sitiyasyon an nan papye sa a se byen espesyal, paske dapre kapasite a nan machining, tolerans nan fabrikasyon nan paramèt konsepsyon jewometrik se piti anpil, e li gen efè ti kras sou frekans lan outillage final; Pandan ke paramèt yo nan matyè premyè yo anpil diferan akòz Swèd, ak pri a nan matyè premyè kont pou plis pase 80% nan depans pwosesis outillage. Se poutèt sa, li nesesè yo mete yon ranje tolerans rezonab pou pwopriyete yo materyèl. Pwopriyete yo materyèl ki enpòtan isit la yo se dansite, modil nan Elastisite ak vitès nan pwopagasyon vag son.
Analiz tolerans sèvi ak simulation o aza Monte Carlo nan ANSYS echantiyon metòd la Hypercube Latin paske li ka fè distribisyon an nan pwen pran echantiyon plis inifòm ak rezonab, ak jwenn pi bon korelasyon pa mwens pwen. Papye sa a kouche 30 pwen. Sipoze ke tolerans yo nan twa paramèt yo materyèl yo distribiye dapre Gauss, okòmansman bay yon limit anwo ak pi ba, ak Lè sa a, kalkile nan ANSYS.
3.4.2 Analiz de rezilta PDS
Atravè kalkil la nan PDS, valè yo sib varyab ki koresponn a 30 pwen pran echantiyon yo bay yo. Distribisyon varyab sib yo pa konnen. Paramèt yo ekipe ankò lè l sèvi avèk lojisyèl Minitab, epi li se frekans lan fondamantalman distribye dapre distribisyon an nòmal. Sa a asire teyori a estatistik nan analiz tolerans.
Kalkil la PDS bay yon fòmil Fitting soti nan varyab la konsepsyon ekspansyon nan tolerans nan varyab la sib: kote y se varyab la sib, x se varyab la konsepsyon, C se koyefisyan an korelasyon, epi mwen se nimewo a varyab.

Dapre sa a, yo ka tolerans nan sib dwe asiyen nan chak varyab konsepsyon ranpli travay la nan konsepsyon tolerans.
3.5 Verifikasyon eksperimantal
Pati a devan se pwosesis la konsepsyon nan zouti a soude tout antye. Apre fini an, yo achte matyè premyè yo dapre tolerans yo materyèl ki pèmèt pa konsepsyon an, ak Lè sa a, lage nan manifakti a. Yo fè frekans ak tès modal apre manifakti a fini, epi metòd tès yo itilize a se metòd tès ki pi senp ak pi efikas. Paske endèks la ki pi konsène se premye - lòd axial frekans lan modal, se Capteur a akselerasyon tache ak sifas la ap travay, epi li se fen nan lòt frape sou direksyon an aksyal, ak frekans aktyèl la nan outillage a ka jwenn nan analiz espèk. Rezilta a simulation nan konsepsyon an se 14925 Hz, rezilta tès la se 14954 Hz, rezolisyon an frekans se 16 Hz, ak erè a maksimòm se mwens pase 1%. Li ka wè ke presizyon nan simulation nan eleman fini nan kalkil la modal se trè wo.
Apre w fin pase tès eksperimantal la, se outillage a mete nan pwodiksyon ak asanble sou machin nan soude ultrasons. Kondisyon reyaksyon an bon. Travay la te estab pou plis pase mwatye yon ane, ak pousantaj la kalifikasyon soude se wo, ki te depase twa - lavi sèvis la mwa te pwomèt pa manifakti a ekipman jeneral. Sa montre ke konsepsyon an gen siksè, ak pwosesis manifakti a pa te repete modifye ak ajiste, ekonomize tan ak MANPOWER.
4 Konklizyon
Papye sa a kòmanse ak prensip la nan soude plastik ultrasons, pwofondman sezisman konsantre nan teknik nan soude, ak pwopoze konsèp la konsepsyon nan nouvo outillage. Lè sa a, sèvi ak fonksyon an simulation pwisan nan eleman fini analize konsepsyon an konkrè, epi prezante 6 - lide nan konsepsyon Sigma nan DFSS, ak kontwole paramèt yo konsepsyon enpòtan nan ANSYS DOE konsepsyon eksperimantal ak analiz tolerans PDS reyalize konsepsyon gaya. Finalman, te outillage a avèk siksè manifaktire yon fwa, ak konsepsyon an te rezonab pa tès la frekans eksperimantal ak verifikasyon an pwodiksyon aktyèl. Li te tou pwouve ke sa a mete nan metòd konsepsyon se posib ak efikas.