Kelmtejn
Bl-iżvilupp ta 'teknoloġija ultrasonika, l-applikazzjoni tagħha hija dejjem aktar estensiva, tista' tintuża biex tnaddaf partiċelli żgħar ta 'ħmieġ, u tista' tintuża wkoll għall-iwweldjar tal-metall jew tal-plastik. Speċjalment fil-prodotti tal-plastik tal-lum, l-iwweldjar ultrasoniku huwa l-aktar użat, minħabba li l-istruttura tal-kamin titħalla barra, id-dehra tista 'tkun aktar perfetta, u l-funzjoni ta' waterproofing u li ma tagħmilx trab hija pprovduta wkoll. Id-disinn tal-ħorn tal-iwweldjar tal-plastik għandu impatt importanti fuq il-kwalità tal-iwweldjar finali u l-kapaċità tal-produzzjoni. Fil-produzzjoni ta 'miters elettriċi ġodda, mewġ ultrasoniku jintużaw biex iwaħħlu l-uċuħ ta' fuq u t'isfel flimkien. Madankollu, waqt l-użu, jinstab li xi għodod huma installati fuq il-magna u kkrekkjati u fallimenti oħra jseħħu f'perjodu qasir ta 'żmien. Xi prodotti ta 'wweldjar ta' l-għodda Ir-rata ta 'difett hija għolja. Diversi ħsarat kellhom impatt konsiderevoli fuq il-produzzjoni. Skond il-fehim, il-fornituri tat-tagħmir għandhom kapaċitajiet ta 'disinn limitati għall-għodda, u ħafna drabi permezz ta' tiswijiet ripetuti biex jinkisbu indikaturi tad-disinn. Għalhekk, huwa meħtieġ li nużaw il-vantaġġi teknoloġiċi tagħna stess biex niżviluppaw għodda durabbli u metodu ta 'disinn raġonevoli.
2 prinċipju ultrasoniku tal-iwweldjar tal-plastik
L-iwweldjar ultrasoniku tal-plastik huwa metodu ta 'proċessar li juża l-kombinazzjoni ta' termoplastiċi fil-vibrazzjoni sfurzata ta 'frekwenza għolja, u l-uċuħ tal-iwweldjar togħrok kontra xulxin biex jipproduċu t-tidwib lokali għoli. Sabiex jinkisbu riżultati tajbin ta 'wweldjar ultrasoniku, tagħmir, materjali u parametri tal-proċess huma meħtieġa. Dan li ġej huwa introduzzjoni qasira għall-prinċipju tiegħu.
2.1 Sistema ultrasonika tal-iwweldjar tal-plastik
Il-Figura 1 hija veduta skematika ta 'sistema ta' wweldjar. L-enerġija elettrika tgħaddi mill-ġeneratur tas-sinjal u l-amplifikatur tal-qawwa biex tipproduċi sinjal elettriku alternattiv ta 'frekwenza ultrasonika (> 20 kHz) li huwa applikat għat-transducer (ċeramika pjeżoelettrika). Permezz tat-transducer, l-enerġija elettrika ssir l-enerġija tal-vibrazzjoni mekkanika, u l-amplitudni tal-vibrazzjoni mekkanika hija aġġustata mill-qrun għall-amplitudni tax-xogħol xierqa, u mbagħad trażmessa b'mod uniformi lill-materjal f'kuntatt miegħu permezz tal-għodda tar-ras (għodda tal-iwweldjar). L-uċuħ tal-kuntatt taż-żewġ materjali tal-iwweldjar huma soġġetti għal vibrazzjoni sfurzata ta 'frekwenza għolja, u s-sħana tal-frizzjoni tiġġenera tidwib lokali ta' temperatura għolja. Wara t-tkessiħ, il-materjali huma kkombinati biex jinkiseb l-iwweldjar.
F'sistema ta 'wweldjar, is-sors tas-sinjal huwa parti taċ-ċirkwit li fiha ċirkwit ta' amplifikatur tal-qawwa li l-istabbiltà tal-frekwenza u l-kapaċità ta 'sewqan jaffettwaw il-prestazzjoni tal-magna. Il-materjal huwa termoplastiku, u d-disinn tal-wiċċ konġunt jeħtieġ li jikkunsidra kif tiġġenera malajr is-sħana u l-baċir. It-transduċers, il-qrun u l-irjus tal-għodda jistgħu kollha jitqiesu strutturi mekkaniċi għal analiżi faċli tal-akkoppjar tal-vibrazzjonijiet tagħhom. Fl-iwweldjar tal-plastik, il-vibrazzjoni mekkanika hija trażmessa fil-forma ta 'mewġ lonġitudinali. Kif tittrasferixxi b'mod effettiv l-enerġija u taġġusta l-amplitudni huwa l-punt ewlieni tad-disinn.
2.2 Kap tal-Għodda (għodda tal-iwweldjar)
Ir-ras tal-għodda sservi bħala l-interface tal-kuntatt bejn il-magna tal-iwweldjar ultrasoniku u l-materjal. Il-funzjoni ewlenija tagħha hija li tittrasmetti l-vibrazzjoni mekkanika lonġitudinali maħruġa mill-varjattur b'mod uniformi u effiċjenti mal-materjal. Il-materjal użat ġeneralment huwa liga tal-aluminju ta 'kwalità għolja jew saħansitra liga tat-titanju. Minħabba li d-disinn tal-materjali tal-plastik jinbidel ħafna, id-dehra hija differenti ħafna, u r-ras tal-għodda trid tinbidel kif xieraq. Il-forma tal-wiċċ tax-xogħol għandha tkun imqabbla sew mal-materjal, sabiex ma tagħmel ħsara lill-plastik meta tivvibra; Fl-istess ħin, l-ewwel - ordni lonġitudinali tal-frekwenza solida għandha tkun ikkoordinata mal-frekwenza tal-ħruġ tal-magna tal-iwweldjar, inkella l-enerġija tal-vibrazzjoni tiġi kkunsmata internament. Meta r-ras tal-għodda tivvibra, isseħħ konċentrazzjoni ta 'tensjoni lokali. Kif tottimizza dawn l-istrutturi lokali hija wkoll konsiderazzjoni tad-disinn. Dan l-artikolu jesplora kif tapplika l-kapijiet tal-għodda tad-disinn ANSYS biex jottimizzaw il-parametri tad-disinn u t-tolleranzi tal-manifattura.
3 Disinn tal-Għodda tal-Welding
Kif imsemmi qabel, id-disinn tal-għodda tal-iwweldjar huwa pjuttost importanti. Hemm ħafna fornituri ta 'tagħmir ultrasoniku fiċ-Ċina li jipproduċu l-għodod tal-iwweldjar tagħhom stess, iżda parti konsiderevoli minnhom huma imitazzjonijiet, u allura huma kontinwament tirqim u jittestjaw. Permezz ta 'dan il-metodu ta' aġġustament ripetut, tinkiseb il-koordinazzjoni tal-għodda u l-frekwenza tat-tagħmir. F'dan id-dokument, il-metodu tal-element finit jista 'jintuża biex tiddetermina l-frekwenza meta tiddisinja l-għodda. Ir-riżultat tat-test tal-għodda u l-iżball tal-frekwenza tad-disinn huma biss 1%. Fl-istess ħin, din id-dokument tintroduċi l-kunċett ta 'DFSS (disinn għal sitt sigma) biex jottimizza u jiddisinja robust ta' għodda. Il-kunċett tad-disinn ta '6 - Sigma huwa li tiġbor bis-sħiħ il-vuċi tal-klijent fil-proċess tad-disinn għal disinn immirat; u pre-konsiderazzjoni ta 'devjazzjonijiet possibbli fil-proċess ta' produzzjoni biex tiżgura li l-kwalità tal-prodott finali titqassam f'livell raġonevoli. Il-proċess tad-disinn huwa muri fil-Figura 2. Li tibda mill-iżvilupp tal-indikaturi tad-disinn, l-istruttura u d-dimensjonijiet tal-għodda huma inizjalment iddisinjati skont l-esperjenza eżistenti. Il-mudell parametriku huwa stabbilit fl-ANSYS, u allura l-mudell huwa determinat bil-metodu tad-disinn tal-esperiment ta 'simulazzjoni (DOE). Parametri importanti, skont ir-rekwiżiti robusti, jiddeterminaw il-valur, u mbagħad jużaw il-metodu sub - problema biex jottimizzaw parametri oħra. Meta wieħed iqis l-influwenza tal-materjali u l-parametri ambjentali matul il-manifattura u l-użu tal-għodda, ġie ddisinjat ukoll b'tolleranzi biex jissodisfa r-rekwiżiti tal-ispejjeż tal-manifattura. Fl-aħħarnett, id-disinn tal-manifattura, it-test u t-teorija tat-test u l-iżball attwali, biex jissodisfaw l-indikaturi tad-disinn li jitwasslu. Il-pass li ġej - permezz ta 'introduzzjoni dettaljata tal-pass.
3.1 Disinn ta 'forma ġeometrika (stabbiliment ta' mudell parametriku)
Id-disinn tal-għodda tal-iwweldjar l-ewwel jiddetermina l-forma u l-istruttura ġeometrika approssimattiva tiegħu u jistabbilixxi mudell parametriku għal analiżi sussegwenti. Figura 3 a) huwa d-disinn ta 'l-aktar għodda komuni ta' wweldjar, li fih numru ta 'skanalaturi ta' U - forma jinfetħu fid-direzzjoni tal-vibrazzjoni fuq materjal ta 'bejn wieħed u ieħor kubojd. Id-dimensjonijiet ġenerali huma t-tulijiet tad-direzzjonijiet X, Y, u Z, u d-dimensjonijiet laterali X u Y huma ġeneralment komparabbli mad-daqs tal-biċċa tax-xogħol li jkun iwweldjat. It-tul ta 'z huwa daqs in-nofs tul ta' mewġa tal-mewġa ultrasoniku, minħabba li fit-teorija tal-vibrazzjoni klassika, l-ewwel - ordni ta 'frekwenza assjali tal-oġġett tawwali hija determinata mit-tul tagħha, u t-tul tan-nofs - tal-mewġ huwa eżattament imqabbel mal-frekwenza tal-mewġ akustiku. Dan id-disinn ġie estiż. L-użu, huwa ta 'benefiċċju għat-tixrid tal-mewġ tal-ħoss. L-iskop tal-kanal ta 'U - forma huwa li tnaqqas it-telf ta' vibrazzjoni laterali ta 'l-għodda. Il-pożizzjoni, id-daqs u n-numru huma determinati skont id-daqs ġenerali tal-għodda. Jista 'jidher li f'dan id-disinn, hemm inqas parametri li jistgħu jiġu rregolati liberament, u għalhekk għamilna titjib fuq din il-bażi. Figura 3 b) hija għodda ddisinjata riċentement li għandha parametru ta 'daqs ieħor mid-disinn tradizzjonali: ir-raġġ ta' l-ark ta 'barra R. Barra minn hekk, il-kanal huwa mnaqqax fuq il-wiċċ tax-xogħol tal-għodda biex jikkoopera mal-wiċċ tal-biċċa tax-xogħol tal-plastik, li huwa ta' benefiċċju li jittrasmetti l-enerġija tal-vibrazzjoni u jipproteġi l-biċċa tax-xogħol mill-ħsara. Dan il-mudell huwa mmudellat b'mod parametriku ta 'rutina fl-ANSYS, u mbagħad id-disinn sperimentali li jmiss.
3.2 Disinn Esperimentali DOE (Determinazzjoni ta 'Parametri Importanti)
DFSS huwa maħluq biex isolvi problemi ta 'inġinerija prattika. Ma jsegwix il-perfezzjoni, iżda huwa effettiv u robust. Jinkorpora l-idea ta '6 - Sigma, jaqbad il-kontradizzjoni ewlenija, u jabbanduna "99.97%", filwaqt li jirrikjedi li d-disinn ikun pjuttost reżistenti għall-varjabbiltà ambjentali. Għalhekk, qabel ma ssir l-ottimizzazzjoni tal-parametri fil-mira, din għandha tiġi skrinjata l-ewwel, u d-daqs li għandu influwenza importanti fuq l-istruttura għandu jintgħażel, u l-valuri tagħhom għandhom jiġu ddeterminati skont il-prinċipju tar-robustezza.
3.2.1 L-issettjar tal-parametri DOE u DOE
Il-parametri tad-disinn huma l-forma tal-għodda u l-pożizzjoni tad-daqs tal-kanal u l-għamla, eċċ., Total ta 'tmienja. Il-parametru fil-mira huwa l-ewwel - ordni ta 'frekwenza ta' vibrazzjoni assjali minħabba li għandha l-akbar influwenza fuq il-weldjatura, u l-istress konċentrat massimu u d-differenza fl-amplitudni tal-wiċċ tax-xogħol huma limitati bħala varjabbli tal-istat. Ibbażat fuq l-esperjenza, huwa preżunt li l-effett tal-parametri fuq ir-riżultati huwa lineari, u għalhekk kull fattur huwa stabbilit biss għal żewġ livelli, għoljin u baxxi. Il-lista tal-parametri u l-ismijiet korrispondenti hija kif ġej.
DOE jitwettaq fl-ANSYS bl-użu tal-mudell parametriku stabbilit qabel. Minħabba l-limitazzjonijiet tas-softwer, il-fattur sħiħ tad-doe jista 'juża biss sa 7 parametri, filwaqt li l-mudell għandu 8 parametri, u l-analiżi ta' ANSYS tar-riżultati DOE mhix daqshekk komprensiva daqs is-softwer professjonali 6 - Sigma, u ma tistax tieħu ħsieb l-interazzjoni. Għalhekk, nużaw APDL biex niktbu linja DOE biex tikkalkula u estratt ir-riżultati tal-programm, u mbagħad npoġġu d-dejta f'mintab għall-analiżi.
3.2.2 Analiżi tar-Riżultati tad-DOE
L-analiżi tad-DOE ta 'Minitab hija murija fil-Figura 4 u tinkludi l-analiżi ewlenin tal-fatturi li jinfluwenzaw u l-analiżi tal-interazzjoni. L-analiżi ewlenija tal-fattur li tinfluwenza tintuża biex tiddetermina liema bidliet varjabbli tad-disinn għandhom impatt akbar fuq il-varjabbli fil-mira, u b'hekk jindikaw liema huma varjabbli tad-disinn importanti. L-interazzjoni bejn il-fatturi hija mbagħad analizzata biex tiddetermina l-livell tal-fatturi u biex tnaqqas il-grad ta 'akkoppjar bejn il-varjabbli tad-disinn. Qabbel il-grad ta 'bidla ta' fatturi oħra meta fattur ta 'disinn huwa għoli jew baxx. Skond l-axiom indipendenti, id-disinn ottimali mhuwiex akkoppjat ma 'xulxin, għalhekk agħżel il-livell li huwa inqas varjabbli.
Ir-riżultati tal-analiżi tal-għodda tal-iwweldjar f'dan id-dokument huma: il-parametri tad-disinn importanti huma r-raġġ tal-ark ta 'barra u l-wisa' tal-islott tal-għodda. Il-livell taż-żewġ parametri huwa "għoli", jiġifieri, ir-raġġ jieħu valur akbar fid-DOE, u l-wisa 'tal-kanal jieħu wkoll valur akbar. Il-parametri importanti u l-valuri tagħhom ġew determinati, u mbagħad intużaw diversi parametri oħra biex jottimizzaw id-disinn fl-ANSYS biex jaġġustaw il-frekwenza tal-għodda biex jaqblu mal-frekwenza operattiva tal-magna tal-iwweldjar. Il-proċess ta 'ottimizzazzjoni huwa kif ġej.
3.3 Ottimizzazzjoni tal-parametri fil-mira (frekwenza tal-għodda)
L-issettjar tal-parametri tal-ottimizzazzjoni tad-disinn huma simili għal dawk tad-DOE. Id-differenza hija li l-valuri ta 'żewġ parametri importanti ġew determinati, u t-tliet parametri l-oħra huma relatati mal-proprjetajiet materjali, li huma meqjusa bħala ħoss u ma jistgħux jiġu ottimizzati. It-tliet parametri li jifdal li jistgħu jiġu aġġustati huma l-pożizzjoni assjali tas-slot, it-tul u l-wisa 'tal-għodda. L-ottimizzazzjoni tuża l-metodu ta 'approssimazzjoni tas-subproblem fl-ANSYS, li huwa metodu użat ħafna fi problemi ta' inġinerija, u l-proċess speċifiku jitħalla barra.
Ta 'min jinnota li l-użu ta' frekwenza bħala l-varjabbli fil-mira jirrikjedi ftit ħila fl-operazzjoni. Minħabba li hemm ħafna parametri tad-disinn u firxa wiesgħa ta 'varjazzjoni, il-modi ta' vibrazzjoni ta 'l-għodda huma ħafna fil-firxa ta' frekwenzi ta 'interess. Jekk ir-riżultat ta 'analiżi modali jintuża direttament, huwa diffiċli li ssib l-ewwel mod - ordni assjali, minħabba li l-interleaving tas-sekwenza modali jista' jseħħ meta l-parametri jinbidlu, jiġifieri, l-ordinal tal-frekwenza naturali li jikkorrispondi għall-bidliet fil-mod oriġinali. Għalhekk, dan id-dokument jadotta l-analiżi modali l-ewwel, u mbagħad juża l-metodu tas-superpożizzjoni modali biex jikseb il-kurva tar-rispons tal-frekwenza. Billi ssib l-ogħla valur tal-kurva tar-rispons tal-frekwenza, tista 'tiżgura l-frekwenza modali korrispondenti. Dan huwa importanti ħafna fil-proċess ta 'ottimizzazzjoni awtomatika, li telimina l-ħtieġa li tiddetermina manwalment il-modalità.
Wara li l-ottimizzazzjoni titlesta, il-frekwenza tax-xogħol tad-disinn tal-għodda tista 'tkun viċin ħafna tal-frekwenza fil-mira, u l-iżball huwa inqas mill-valur tat-tolleranza speċifikat fl-ottimizzazzjoni. F'dan il-punt, id-disinn tal-għodda huwa bażikament determinat, segwit minn tolleranzi tal-manifattura għad-disinn tal-produzzjoni.
3.4 Disinn ta 'tolleranza
Id-disinn strutturali ġenerali jitlesta wara li l-parametri tad-disinn kollha jkunu ġew determinati, iżda għal problemi ta 'inġinerija, speċjalment meta titqies l-ispiża tal-produzzjoni tal-massa, id-disinn tat-tolleranza huwa essenzjali. L-ispiża ta 'preċiżjoni baxxa hija wkoll imnaqqsa, iżda l-abbiltà li tissodisfa l-metriċi tad-disinn teħtieġ kalkoli statistiċi għal kalkoli kwantitattivi. Is-sistema tad-disinn tal-probabbiltà tal-PDS fl-ANSYS tista 'tanalizza aħjar ir-relazzjoni bejn it-tolleranza tal-parametri tad-disinn u t-tolleranza tal-parametri fil-mira, u tista' tiġġenera fajls ta 'rapport relatati kompluti.
3.4.1 Settings u Kalkoli tal-Parametri PDS
Skond l-idea DFSS, l-analiżi tat-tolleranza għandha titwettaq fuq parametri tad-disinn importanti, u tolleranzi ġenerali oħra jistgħu jiġu determinati b'mod empiriku. Is-sitwazzjoni f'dan id-dokument hija pjuttost speċjali, għaliex skont il-kapaċità tal-magni, it-tolleranza tal-manifattura tal-parametri tad-disinn ġeometriċi hija żgħira ħafna, u għandha ftit effett fuq il-frekwenza tal-għodda finali; Filwaqt li l-parametri tal-materja prima huma differenti ħafna minħabba l-fornituri, u l-prezz tal-materja prima jammonta għal aktar minn 80% tal-ispejjeż tal-ipproċessar tal-għodda. Għalhekk, huwa meħtieġ li tiġi stabbilita firxa ta 'tolleranza raġonevoli għall-proprjetajiet materjali. Il-proprjetajiet materjali rilevanti hawn huma densità, modulus ta 'elastiċità u veloċità tal-propagazzjoni tal-mewġ tal-ħoss.
L-analiżi tat-tolleranza tuża simulazzjoni bl-addoċċ ta 'Monte Carlo fl-ANSYS biex tieħu kampjun tal-metodu tal-iperkubu Latin minħabba li tista' tagħmel id-distribuzzjoni tal-punti ta 'kampjunar aktar uniformi u raġonevoli, u tikseb korrelazzjoni aħjar b'inqas punti. Din il-karta tistabbilixxi 30 punt. Assumi li t-tolleranzi tat-tliet parametri materjali huma mqassma skont Gauss, inizjalment jingħataw limitu ta 'fuq u t'isfel, u mbagħad ikkalkulati f'ANSYS.
3.4.2 Analiżi tar-riżultati tal-PDS
Permezz tal-kalkolu tal-PDS, il-valuri varjabbli fil-mira li jikkorrispondu għal 30 punt ta 'kampjunar huma mogħtija. Id-distribuzzjoni tal-varjabbli fil-mira mhix magħrufa. Il-parametri huma mwaħħlin mill-ġdid bl-użu ta 'softwer Minitab, u l-frekwenza hija bażikament imqassma skond id-distribuzzjoni normali. Dan jiżgura t-teorija statistika tal-analiżi tat-tolleranza.
Il-kalkolu PDS jagħti formula ta 'armar mill-varjabbli tad-disinn għall-espansjoni tat-tolleranza tal-varjabbli fil-mira: fejn y hija l-varjabbli fil-mira, x hija l-varjabbli tad-disinn, C hija l-koeffiċjent ta' korrelazzjoni, u I huwa n-numru varjabbli.
Skond dan, it-tolleranza fil-mira tista 'tiġi assenjata lil kull varjabbli tad-disinn biex tlesti l-kompitu tad-disinn tat-tolleranza.
3.5 Verifika sperimentali
Il-parti ta 'quddiem hija l-proċess tad-disinn tal-għodda kollha tal-iwweldjar. Wara t-tlestija, il-materja prima tinxtara skont it-tolleranzi materjali permessi mid-disinn, u mbagħad titwassal lill-manifattura. Il-frekwenza u l-ittestjar modali jitwettqu wara li l-manifattura titlesta, u l-metodu tat-test użat huwa l-aktar metodu sempliċi u effettiv tat-test tas-sniper. Minħabba li l-indiċi l-iktar konċernat huwa l-ewwel - ordni ta 'frekwenza modali assjali, is-senser tal-aċċelerazzjoni huwa mwaħħal mal-wiċċ tax-xogħol, u t-tarf l-ieħor jintlaqat tul id-direzzjoni assjali, u l-frekwenza attwali tal-għodda tista' tinkiseb permezz ta 'analiżi spettrali. Ir-riżultat tas-simulazzjoni tad-disinn huwa 14925 Hz, ir-riżultat tat-test huwa 14954 Hz, ir-riżoluzzjoni tal-frekwenza hija ta '16 Hz, u l-iżball massimu huwa inqas minn 1%. Jista 'jidher li l-eżattezza tas-simulazzjoni tal-element finit fil-kalkolu modali hija għolja ħafna.
Wara li tgħaddi t-test sperimentali, l-għodda titpoġġa fil-produzzjoni u l-assemblaġġ fuq il-magna tal-iwweldjar ultrasoniku. Il-kundizzjoni ta 'reazzjoni hija tajba. Ix-xogħol kien stabbli għal aktar minn nofs sena, u r-rata ta 'kwalifikazzjoni tal-iwweldjar hija għolja, li qabżet it-tliet - Xahar tal-ħajja tas-servizz imwiegħda mill-manifattur tat-tagħmir ġenerali. Dan juri li d-disinn jirnexxi, u l-proċess tal-manifattura ma ġiex modifikat u aġġustat ripetutament, iffrankar tal-ħin u ħaddiema.
4 Konklużjoni
Dan id-dokument jibda bil-prinċipju tal-iwweldjar tal-plastik ultrasoniku, jifhem profondament il-fokus tekniku tal-iwweldjar, u jipproponi l-kunċett tad-disinn ta 'għodda ġdida. Imbagħad uża l-funzjoni ta 'simulazzjoni qawwija ta' element finit biex tanalizza d-disinn b'mod konkret, u introduċi l-idea ta 'disinn 6 - Sigma ta' DFSS, u tikkontrolla l-parametri tad-disinn importanti permezz tad-disinn sperimentali ANSYS DOE u l-analiżi tat-tolleranza tal-PDS biex tikseb disinn robust. Fl-aħħarnett, l-għodda ġiet immanifatturata b'suċċess darba, u d-disinn kien raġonevoli bit-test tal-frekwenza sperimentali u l-verifika tal-produzzjoni attwali. Juri wkoll li dan is-sett ta 'metodi ta' disinn huwa fattibbli u effettiv.
Post tal-Post: Nov - 04 - 2020