Pratarmė
Tobulėjant ultragarsinėms technologijoms, jos pritaikymas yra vis platesnis, jis gali būti naudojamas valyti mažytes purvo daleles ir taip pat gali būti naudojamas metalui ar plastikui suvirinti. Ypač šių dienų plastikiniuose produktuose dažniausiai naudojamas ultragarsinis suvirinimas, nes varžtų struktūra praleista, išvaizda gali būti tobulesnė, taip pat pateikiama hidroizoliacijos ir dulkių izoliacijos funkcija. Plastikinio suvirinimo rago dizainas daro didelę įtaką galutinei suvirinimo kokybei ir gamybos pajėgumams. Gaminant naujus elektrinius matuoklius, ultragarsinės bangos naudojamos viršutiniam ir apatiniam veidui sulieti. Tačiau naudojimo metu nustatyta, kad kai kurie įrankiai yra sumontuoti mašinoje ir įtrūkę, o kiti gedimai įvyksta per trumpą laiką. Kai kurie įrankių suvirinimo produktai Defektų greitis yra didelis. Įvairūs gedimai padarė didelę įtaką gamybai. Remiantis supratimu, įrangos tiekėjai turi ribotas įrankių projektavimo galimybes ir dažnai atliekant pakartotinį remontą, kad pasiektų projektavimo rodiklius. Todėl norint sukurti patvarius įrankius ir pagrįstą projektavimo metodą, būtina naudoti mūsų pačių technologinius pranašumus.
2 ultragarsinis plastiko suvirinimo principas
Ultragarsinis plastikinis suvirinimas yra apdorojimo metodas, kuriame naudojamas termoplastikų derinys aukštai - dažnio priverstinėje vibracijoje, o suvirinimo paviršiai trinasi vienas prieš kitą, kad būtų galima ištirpti vietiniu aukštu - temperatūra. Norint pasiekti gerus ultragarso suvirinimo rezultatus, reikia įrangos, medžiagų ir proceso parametrų. Toliau pateiktas trumpas jo principo įvadas.
2.1 Ultragarsinės plastiko suvirinimo sistema
1 paveikslas yra scheminis suvirinimo sistemos vaizdas. Elektros energija perduodama per signalo generatorių ir galios stiprintuvą, kad būtų galima sukurti kintamą ultragarso dažnio (> 20 kHz), kuris taikomas keitikliui (pjezoelektriniam keramikui), elektrinį signalą. Per keitiklį elektros energija tampa mechaninės vibracijos energija, o mechaninės vibracijos amplitudė ragas sureguliuoja atitinkamą veikiančią amplitudę, o po to tolygiai perduodama medžiagai liečiant su ja per įrankio galvutę (suvirinimo įrankių). Dviejų suvirinimo medžiagų kontaktiniai paviršiai yra dideli - dažnio priverstinė vibracija, o trinties šiluma sukelia vietinę aukštos temperatūros lydymą. Po aušinimo medžiagos suvirinamos, kad būtų suvirinamas.
Suvirinimo sistemoje signalo šaltinis yra grandinės dalis, kurioje yra galios stiprintuvo grandinė, kurios dažnio stabilumas ir pavaros galimybė daro įtaką mašinos veikimui. Medžiaga yra termoplastinė, o sąnario paviršiaus dizainas turi apsvarstyti, kaip greitai sugeneruoti šilumą ir doką. Keitikliai, ragai ir įrankių galvutės gali būti laikomos mechaninėmis struktūromis, kad būtų lengva išanalizuoti jų virpesius. Plastikiniame suvirinime mechaninė vibracija perduodama išilginių bangų pavidalu. Kaip efektyviai perduoti energiją ir sureguliuoti amplitudę, yra pagrindinis projektavimo taškas.
2.2 Įrankių galvutė (suvirinimo įrankiai)
Įrankio galvutė yra kontaktinė sąsaja tarp ultragarso suvirinimo mašinos ir medžiagos. Pagrindinė jo funkcija yra perduoti išilginę mechaninę vibraciją, kurią kintamasis išleidžiamas tolygiai ir efektyviai į medžiagą. Naudota medžiaga paprastai yra aukštos kokybės aliuminio lydinys ar net titano lydinys. Kadangi plastikinių medžiagų dizainas labai keičiasi, išvaizda yra labai skirtinga, o įrankio galvutė turi atitinkamai pasikeisti. Darbinio paviršiaus forma turėtų būti gerai suderinta su medžiaga, kad vibruojant plastikui nepažeistumėte; Tuo pačiu metu pirmasis - Užsakymo išilginės vibracijos kietas dažnis turėtų būti suderintas su suvirinimo mašinos išėjimo dažniu, kitaip vibracijos energija bus sunaudota viduje. Kai įrankio galvutė vibruoja, įvyksta vietinė streso koncentracija. Kaip optimizuoti šias vietines struktūras taip pat yra dizaino aspektas. Šiame straipsnyje nagrinėjama, kaip pritaikyti ANSYS projektavimo įrankių galvutes, siekiant optimizuoti projektavimo parametrus ir gamybos nuokrypius.
3 suvirinimo įrankių dizainas
Kaip minėta anksčiau, suvirinimo įrankių dizainas yra gana svarbus. Kinijoje yra daugybė ultragarsinių įrangos tiekėjų, kurie gamina savo suvirinimo įrankius, tačiau nemaža jų dalis yra imitacijos, o tada jie nuolat kirpsta ir bando. Taikant šį pakartotinį reguliavimo metodą, pasiekiamas įrankių ir įrangos dažnio koordinavimas. Šiame darbe baigtinių elementų metodas gali būti naudojamas nustatant dažnį kuriant įrankį. Įrankių bandymo rezultatas ir projektavimo dažnio paklaida yra tik 1%. Tuo pat metu šiame darbe pateikiama DFSS („Six Sigma“ dizainas) koncepcija, siekiant optimizuoti ir patikimą įrankių dizainą. 6 - „Sigma“ dizaino koncepcija yra visiškai surinkti kliento balsą projektavimo procese tiksliniam projektavimui; ir iš anksto atsižvelgiama į galimus gamybos proceso nukrypimų, siekiant užtikrinti, kad galutinio produkto kokybė būtų paskirstyta pagrįstai. Projektavimo procesas parodytas 2 paveiksle. Pradedant nuo projektavimo rodiklių kūrimo, įrankių struktūra ir matmenys iš pradžių suprojektuoti pagal esamą patirtį. Parametrinis modelis nustatomas ANSYS, tada modelis nustatomas modeliavimo eksperimento projektavimo (DOE) metodu. Svarbūs parametrai, atsižvelgiant į patikimus reikalavimus, nustato vertę, tada naudokite „Sub - Problemos“ metodą, kad optimizuotumėte kitus parametrus. Atsižvelgiant į medžiagų ir aplinkos parametrų įtaką gaminant ir naudojant įrankius, ji taip pat buvo sukurta su nuokrypiais, kad atitiktų gamybos išlaidų reikalavimus. Galiausiai, gamybos, bandymo ir bandymo teorijos dizainas ir faktinė klaida, kad atitiktų pristatytus projektavimo rodiklius. Šis žingsnis - iki - Žingsnio išsamus įvadas.
3.1 Geometrinės formos projektavimas (parametrinio modelio nustatymas)
Suvirinimo įrankių projektavimas pirmiausia lemia apytikslę geometrinę formą ir struktūrą ir nustato parametrinį modelį vėlesnei analizei. 3 pav. A) yra dažniausiai pasitaikančių suvirinimo įrankių, kuriuose vibracijos kryptimi ant maždaug kuboidinės medžiagos, vibracijos kryptimi atidaromi daugybė U - formos griovelių. Bendri matmenys yra X, Y ir Z krypčių ilgiai, o šoniniai matmenys x ir y paprastai yra panašūs į suvirinto ruošinio dydį. Z ilgis yra lygus ultragarso bangos pusei bangos ilgiui, nes klasikinės vibracijos teorijoje pirmasis - pailgo objekto ašinis dažnis nustatomas pagal jo ilgį, o pusė - bangos ilgis tiksliai suderinamas su akustinės bangos dažniu. Šis dizainas buvo pratęstas. Naudokite, yra naudingas garso bangų plitimui. U - formos griovelio tikslas yra sumažinti įrankių šoninės vibracijos praradimą. Padėtis, dydis ir skaičius nustatomas atsižvelgiant į bendrą įrankių dydį. Galima pastebėti, kad šiame dizaine yra mažiau parametrų, kuriuos galima laisvai reguliuoti, todėl mes tai patobulinome. 3 pav. B) yra naujai suprojektuotas įrankis, turintis dar vieną dydžio parametrą nei tradicinis dizainas: Išorinis lanko spindulys R. Be to, griovelis yra išgraviruotas ant darbinio įrankio paviršiaus, kad būtų galima bendradarbiauti su plastikinio ruošinio paviršiumi, kuris naudingas vibracijos energijai perduoti ir apsaugoti ruošinį nuo pažeidimų. Šis modelis reguliariai parametriškai modeliuojamas ANSYS, o paskui kitas eksperimentinis dizainas.
3.2 DOE eksperimentinis dizainas (svarbių parametrų nustatymas)
DFSS yra sukurtas siekiant išspręsti praktines inžinerines problemas. Tai nevykdo tobulumo, tačiau yra veiksminga ir tvirta. Tai įkūnija 6 - Sigma idėją, užfiksuoja pagrindinį prieštaravimą ir atsisako „99,97%“, tuo pačiu reikalaujant, kad dizainas būtų gana atsparūs aplinkos kintamumui. Todėl prieš pradedant optimizuoti tikslinį parametrą, jis pirmiausia turėtų būti tikrinamas, o dydis, kuris daro didelę įtaką struktūrai, turėtų būti pasirinkta, o jų vertės turėtų būti nustatomos pagal tvirtumo principą.
3.2.1 DOE parametrų nustatymas ir DOE
Projektavimo parametrai yra įrankių forma ir U - formos griovelio ir tt dydžio padėtis, iš viso aštuoni. Tikslinis parametras yra pirmasis - eilės ašinės vibracijos dažnis, nes jis daro didžiausią įtaką suvirinimui, o maksimalus koncentruotas įtempis ir darbinio paviršiaus amplitudės skirtumas yra ribotas, nes būsenos kintamieji. Remiantis patirtimi, daroma prielaida, kad parametrų poveikis rezultatams yra tiesinis, todėl kiekvienas faktorius nustatomas tik į du lygius, aukštus ir žemus. Parametrų ir atitinkamų pavadinimų sąrašas yra toks.
DOE atliekamas ANSYS, naudojant anksčiau nustatytą parametrinį modelį. Dėl programinės įrangos apribojimų „Full - Faktoriaus DOE“ gali naudoti tik iki 7 parametrų, o modelis turi 8 parametrus, o ANSYS analizė DOE rezultatai nėra tokie išsamūs kaip profesionalūs 6 - „Sigma“ programinė įranga ir negali susitvarkyti su sąveika. Todėl mes naudojame APDL, kad parašytume DOE kilpą, kad apskaičiuotume ir išgautumėte programos rezultatus, o tada duomenis įdedate į „MinitAB“ analizei.
3.2.2 DOE rezultatų analizė
„Minitab“ DOE analizė parodyta 4 paveiksle ir apima pagrindinius įtakos veiksnių analizę ir sąveikos analizę. Pagrindinė įtakos veiksnių analizė naudojama norint nustatyti, kurie projektavimo kintamieji pokyčiai daro didesnį poveikį tiksliniam kintamajam, taip nurodant, kurie yra svarbūs projektavimo kintamieji. Tada analizuojama veiksnių sąveika, siekiant nustatyti veiksnių lygį ir sumažinti sukabinimo laipsnį tarp projektavimo kintamųjų. Palyginkite kitų veiksnių pasikeitimo laipsnį, kai projektavimo koeficientas yra didelis arba žemas. Remiantis nepriklausoma aksioma, optimalus dizainas nėra susijęs vienas su kitu, todėl rinkitės mažiau kintamą lygį.
Suvirinimo įrankių analizės rezultatai šiame darbe yra šie: svarbūs projektavimo parametrai yra išorinis lanko spindulys ir įrankių plyšio plotis. Abiejų parametrų lygis yra „aukštas“, tai yra, spindulys užima didesnę DOE vertę, o griovelio plotis taip pat užima didesnę vertę. Buvo nustatyti svarbūs parametrai ir jų vertės, o tada buvo naudojami keli kiti parametrai, siekiant optimizuoti ANSYS, kad būtų galima sureguliuoti įrankių dažnį, kad atitiktų suvirinimo mašinos veikimo dažnį. Optimizavimo procesas yra toks.
3.3 Tikslo parametrų optimizavimas (įrankių dažnis)
Dizaino optimizavimo parametrų parametrai yra panašūs į DOE. Skirtumas tas, kad buvo nustatytos dviejų svarbių parametrų vertės, o kiti trys parametrai yra susiję su medžiagos savybėmis, kurios laikomos triukšmu ir negali būti optimizuoti. Likę trys parametrai, kuriuos galima sureguliuoti, yra lizdo ašinė padėtis, ilgis ir įrankių plotis. Optimizavimui naudojamas ANSYS subpropretos apytikslis metodas, kuris yra plačiai naudojamas metodas inžinerinėse problemose, o konkretus procesas praleidžiamas.
Verta paminėti, kad naudojant dažnį kaip tikslinį kintamąjį reikia šiek tiek veikimo. Kadangi yra daugybė projektavimo parametrų ir įvairių variacijų, įrankių vibracijos režimai yra daug dominančių. Jei tiesiogiai naudojamas modalinės analizės rezultatas, sunku rasti pirmąjį - eilės ašinį režimą, nes modalinė sekos susipynimas gali atsirasti, kai keičiasi parametrai, tai yra, natūralus dažnio ordinas, atitinkantis pradinį režimą. Todėl šiame dokumente pirmiausia priima modalinę analizę, o paskui naudoja modalinio superpozicijos metodą, kad gautų dažnio atsako kreivę. Rasdamas dažnio atsako kreivės didžiausią vertę, ji gali užtikrinti atitinkamą modalinį dažnį. Tai labai svarbu automatinio optimizavimo procese, pašalinant poreikį rankiniu būdu nustatyti būdą.
Užbaigus optimizavimą, įrankių projektavimo darbinis dažnis gali būti labai artimas tiksliniam dažniui, o klaida yra mažesnė už optimizavimo metu nurodytą tolerancijos vertę. Šiuo metu iš esmės nustatomas įrankių dizainas, o po to gamybos nuokrypiai gamybos projektavimui.
3.4 Tolerancijos dizainas
Bendras konstrukcinis dizainas baigtas nustatant visus projektavimo parametrus, tačiau inžinerinėms problemoms, ypač svarstant masinės gamybos sąnaudas, būtina tolerancijos projektavimui. Mažo tikslumo kaina taip pat sumažėja, tačiau norint, kad būtų galima patenkinti projektavimo metriką, reikia statistinių skaičiavimų kiekybiniams skaičiavimams. PDS tikimybės projektavimo sistema ANSYS gali geriau išanalizuoti ryšį tarp dizaino parametrų tolerancijos ir tikslinio parametrų tolerancijos ir sugeneruoti išsamius susijusius ataskaitų failus.
3.4.1 PDS parametrų parametrai ir skaičiavimai
Remiantis DFSS idėja, tolerancijos analizė turėtų būti atliekama su svarbiais projektavimo parametrais, o kiti bendrieji nuokrypiai gali būti nustatyti empiriškai. Situacija šiame darbe yra gana ypatinga, nes atsižvelgiant į apdirbimo galimybes, geometrinių projektavimo parametrų gamybos tolerancija yra labai maža ir neturi jokios įtakos galutiniam įrankių dažniui; Nors žaliavų parametrai dėl tiekėjų labai skiriasi, o žaliavų kaina sudaro daugiau nei 80% įrankių apdorojimo išlaidų. Todėl būtina nustatyti pagrįstą medžiagų savybių tolerancijos diapazoną. Čia atitinkamos medžiagos savybės yra tankis, elastingumo modulis ir garso bangos sklidimo greitis.
Tolerancijos analizėje naudojamas atsitiktinis Monte Karlo modeliavimas ANSYS lotyniško hiperkubo metodo pavyzdžiams imti, nes jis gali padaryti mėginių ėmimo taškų pasiskirstymą vienodą ir pagrįsesnį ir gauti geresnę koreliaciją mažiau taškų. Šis dokumentas nustato 30 taškų. Tarkime, kad trijų medžiagų parametrų nuokrypiai pasiskirsto pagal Gausą, iš pradžių suteikiant viršutinę ir apatinę ribą, o po to apskaičiuojami ANSYS.
3.4.2 PDS rezultatų analizė
Apskaičiuojant PDS, pateikiamos tikslinės kintamos vertės, atitinkančios 30 mėginių ėmimo taškų. Tikslinių kintamųjų pasiskirstymas nežinomas. Parametrai vėl pritaikyti naudojant „MinitAB“ programinę įrangą, o dažnis iš esmės paskirstomas pagal normalų pasiskirstymą. Tai užtikrina statistinę tolerancijos analizės teoriją.
PDS skaičiavimas suteikia pritaikymo formulę nuo projektavimo kintamojo iki tikslinio kintamojo tolerancijos išplėtimo: kur y yra taikinio kintamasis, x yra projektavimo kintamasis, c yra koreliacijos koeficientas, o aš - kintamasis numeris.
Remiantis tuo, tikslo tolerancija gali būti priskirta kiekvienam projektavimo kintamajam, kad būtų galima atlikti tolerancijos projektavimo užduotį.
3.5 Eksperimentinis patikrinimas
Priekinė dalis yra viso suvirinimo įrankio projektavimo procesas. Baigę žaliavos perkamos pagal dizaino leidžiamas medžiagų nuokrypius, o po to pristatomos į gamybą. Dažnis ir modaliniai bandymai atliekami baigus gamybą, o naudojamas bandymo metodas yra paprasčiausias ir efektyviausias snaiperio bandymo metodas. Kadangi labiausiai susirūpinęs rodyklė yra pirmasis - eilės ašinis modalinis dažnis, pagreičio jutiklis yra pritvirtintas prie darbinio paviršiaus, o kitas galas smogiamas ašine kryptimi, o tikrąjį įrankių dažnį galima gauti atliekant spektrinę analizę. Modeliavimo rezultatas yra 14925 Hz, bandymo rezultatas yra 14954 Hz, dažnio skiriamoji geba yra 16 Hz, o didžiausia paklaida yra mažesnė nei 1%. Galima pastebėti, kad baigtinio elemento modeliavimo tikslumas modaliniame skaičiavime yra labai didelis.
Atlikus eksperimentinį testą, įrankiai yra sudėti ir surinkti ant ultragarso suvirinimo mašinos. Reakcijos sąlyga gera. Šis darbas buvo stabilus daugiau nei pusę metų, o suvirinimo kvalifikacijos lygis yra aukštas, o tai viršijo tris - mėnesio tarnybos gyvenimą, kurį pažadėjo bendrosios įrangos gamintojo. Tai rodo, kad dizainas yra sėkmingas, o gamybos procesas nebuvo pakartotinai modifikuotas ir pakoreguotas, taupant laiką ir darbo jėgą.
4 Išvada
Šis dokumentas prasideda nuo ultragarso plastiko suvirinimo principo, giliai suvokia techninį suvirinimo dėmesį ir siūlo naujų įrankių projektavimo koncepciją. Tada naudokite galingą baigtinio elemento modeliavimo funkciją, kad išanalizuotumėte konkrečiai dizainą, ir įveskite 6 - Sigma projektavimo idėją DFSS ir kontroliuokite svarbius projektavimo parametrus per „ANSYS DOE“ eksperimentinį dizainą ir PDS tolerancijos analizę, kad pasiektumėte patikimą dizainą. Galiausiai įrankiai buvo sėkmingai pagaminti vieną kartą, o dizainas buvo pagrįstas atliekant eksperimentinio dažnio testą ir faktinį gamybos patikrinimą. Tai taip pat įrodo, kad šis projektavimo metodų rinkinys yra įmanomas ir efektyvus.
Pašto laikas: lapkritis - 04 - 2020 m