nijs

Foarwurd
Mei de ûntwikkeling fan ultrasone technology is har tapassing mear en wiidweidiger, it kin brûkt wurde om lytse smoarchdeeltjes te skjin te meitsjen, en it kin ek brûkt wurde foar lassen fan metaal of plestik. Benammen yn hjoeddeiske plastykprodukten wurdt ultrasoan lassen meast brûkt, om't de skroefstruktuer is weilitten, it uterlik kin perfekter wêze, en de funksje fan wetter- en stofdichtsjen wurdt ek foarsjoen. It ûntwerp fan 'e plastyske lashoarn hat in wichtige ynfloed op' e definitive lasekwaliteit en produksjekapasiteit. By de produksje fan nije elektryske meters wurde ultrasone weagen brûkt om de boppeste en legere gesichten tegearre te fusearjen. By gebrûk wurdt lykwols fûn dat guon ark op 'e masine binne ynstalleare en barsten en oare fouten foarkomme yn in koarte tiid. Guon arkprodukten laseprodukten It defektpersintaazje is heech. Ferskate flaters hawwe in flinke ynfloed hân op produksje. Neffens it begryp hawwe leveransiers fan apparatuer beheinde ûntwerpmooglikheden foar arkjen, en faak troch werhelle reparaasjes om ûntwerpindikatoaren te berikken. Dêrom is it needsaaklik om ús eigen technologyske foardielen te brûken om duorsum ark te ûntwikkeljen en in ridlike ûntwerpmetoade.
2 Ultrasone plestik laskeprinsipe
Ultrasone plestik lassen is in ferwurkingsmetoade dy't de kombinaasje fan thermoplastics brûkt yn 'e hege frekwinsje twongen trilling, en de laskflakken wrijven tsjin inoar om lokale melting op hege temperatuer te produsearjen. Om goede ultrasone-laskresultaten te berikken, binne apparatuer, materialen en prosesparameters ferplicht. It folgjende is in koarte ynlieding oer har prinsipe.
2.1 Ultrasone plestik lassysteem
Figuer 1 is in skematyske werjefte fan in lasesysteem. De elektryske enerzjy wurdt trochjûn troch de sinjaalgenerator en de krêftfersterker om in alternearjend elektrysk sinjaal fan ultrasoanfrekwinsje (> 20 kHz) te produsearjen dat wurdt tapast op 'e transducer (piezoelektryske keramyk). Troch de transducer wurdt de elektryske enerzjy de enerzjy fan 'e meganyske trilling, en wurdt de amplitude fan' e meganyske trilling troch de hoarn oanpast oan 'e passende wurkamplitude, en dan unifoarm oerbrocht nei it materiaal yn kontakt mei it fia de arkkop (lassen tooling). De kontaktflakken fan 'e twa lasmaterialen wurde ûnderwurpen oan hege frekwinsje twongen trilling, en de wriuwingshit genereart pleatslike smelting op hege temperatuer. Nei it koeljen wurde de materialen kombineare om lassen te berikken.

Yn in lasesysteem is de sinjaalboarne in sirkwy-diel dat in krêftfersterker-sirkwy befettet wêrfan de frekwinsjestabiliteit en oandriuwfermogen ynfloed hawwe op 'e prestaasjes fan' e masine. It materiaal is in thermoplastysk, en it ûntwerp fan it mienskiplike oerflak moat beskôgje hoe't jo snel waarmte en dock kinne generearje. Transducers, hoarnen en arkkoppen kinne allegear wurde beskôge as meganyske struktueren foar maklike analyze fan 'e keppeling fan har trillingen. By plestik lassen wurdt meganyske trilling oerbrocht yn 'e foarm fan longitudinale weagen. Hoe effektyf enerzjy oer te dragen en de amplitude oan te passen is it wichtichste punt fan ûntwerp.
2.2 Hulpmiddelkop (lassen ark)
De arkkop tsjinnet as de kontaktynterface tusken de ultrasone lasemasine en it materiaal. De wichtichste funksje is it oerbringen fan 'e longitudinale meganyske trilling dy't troch de fariator is útfierd gelijkmatig en effisjint nei it materiaal. It brûkte materiaal is normaal aluminiumlegering fan hege kwaliteit as sels titaniumlegering. Om't it ûntwerp fan plastike materialen in soad feroaret, is it uterlik hiel oars, en moat de arkkop dêrnei feroarje. De foarm fan it wurkflak moat goed oanpast wurde mei it materiaal, om it plestik net te beskeadigjen by triljen; tagelyk moat de fêste frekwinsje fan 'e earste oarder fan longitudinale trilling koördineare wurde mei de útfierfrekwinsje fan' e lasmasjine, oars wurdt de triljenergy yntern ferbrûkt. As de arkkop trilt, komt lokale konsintraasje foar stressen foar. Hoe dizze lokale struktueren te optimalisearjen is ek in ûntwerpbeskôging. Dit artikel ûndersiket hoe't ANSYS-ûntwerp-arkkoppen tapast wurde om ûntwerpparameters en produksjetolerânsje te optimalisearjen.
3 lasverktoy design
Lykas earder neamd, is it ûntwerp fan it lassen ark hiel wichtich. D'r binne in soad leveransiers fan ultrasone apparatuer yn Sina dy't har eigen las-ark produsearje, mar in behoarlik diel dêrfan binne imitaasjes, en dan wurde se konstant knippe en testen. Troch dizze werhelle oanpassingsmetoade wurdt de koördinaasje fan ark en frekwinsje fan apparatuer berikt. Yn dit papier kin de einige elemintmetoade brûkt wurde om de frekwinsje te bepalen by it ûntwerpen fan it arkjen. It testresultaat fan 'e tooling en de ûntwerpfrekwinsjeflater binne mar 1%. Tagelyk yntroduseart dit papier it konsept fan DFSS (Design For Six Sigma) om te optimalisearjen en robúste ûntwerp fan ark. It konsept fan 6-Sigma-ûntwerp is om de stim fan 'e klant folslein te sammeljen yn it ûntwerpproses foar doelgroep ûntwerp; en foarôfgeand oan beskôging fan mooglike ôfwikingen yn it produksjeproses om te soargjen dat de kwaliteit fan it einprodukt wurdt ferdield binnen in ridlik nivo. It ûntwerpproses wurdt werjûn yn figuer 2. Utgeande fan 'e ûntwikkeling fan' e ûntwerpindikatoaren binne de struktuer en dimensjes fan 'e tooling yn earste ynstânsje ûntworpen neffens de besteande ûnderfining. It parametryske model is fêstlein yn ANSYS, en dan wurdt it model bepaald troch de simulaasje-eksperimint-ûntwerp (DOE) metoade. Wichtige parameters, neffens de robúste easken, bepale de wearde, en brûk dan de subprobleemmetoade om oare parameters te optimalisearjen. Rekken hâldend mei de ynfloed fan materialen en omjouwingsparameters by it meitsjen en gebrûk fan it ark is it ek ûntwurpen mei tolerânsje om te foldwaan oan de easken fan produksjekosten. Uteinlik is it ûntwerp fan produksje, test en testteory en feitlike flater, om te foldwaan oan de ûntwerpindikatoaren dy't wurde levere. De folgjende stap foar stap detaillearre ynlieding.
3.1 Geometrysk foarmûntwerp (it ynstellen fan in parametrysk model)
It ûntwerpen fan it lasapparaat bepaalt earst de benaderde geometryske foarm en struktuer en stelt in parametrysk model foar folgjende analyse. Figuer 3 a) is it ûntwerp fan 'e meast foarkommende lasapparatuer, wêryn in oantal U-foarmige groeven wurde iepene yn' e rjochting fan trilling op in materiaal fan sawat kuboide. De algemiene ôfmjittingen binne de lingten fan 'e X-, Y- en Z-rjochtingen, en de sydmjittingen X en Y binne oer it algemien te fergelykjen mei de grutte fan it wurkstuk dat wurdt laske. De lingte fan Z is gelyk oan de heale golflingte fan 'e ultrasoanwelle, om't yn' e klassike trillingsteory de axiale frekwinsje fan 'e earste oarder fan it langwerpige objekt wurdt bepaald troch syn lingte, en de lingte fan' e heale golf is krekt oerienkomt mei de akoestyske wave frekwinsje. Dit ûntwerp is útwreide. Gebrûk is geunstich foar de fersprieding fan lûdsgolven. It doel fan 'e U-foarmige groef is om it ferlies fan laterale trilling fan it ark te ferminderjen. De posysje, grutte en nûmer wurde bepaald neffens de totale grutte fan it ark. It kin sjoen wurde dat yn dit ûntwerp minder parameters binne dy't frij kinne wurde regele, dus hawwe wy ferbetteringen makke op dizze basis. Figuer 3 b) is in nij ûntworpen ark dat ien mear grutte parameter hat dan it tradisjonele ûntwerp: de bûtenste bôge-striel R. Derneist is de groef op it wurkflak fan 'e ark gravearre om gear te wurkjen mei it oerflak fan it plestik wurkstik, dy't foardielich is om triljenergy oer te bringen en it wurkstik te beskermjen tsjin skea. Dit model wurdt routinematysk parametrysk modeleare yn ANSYS, en dan it folgjende eksperimintele ûntwerp.
3.2 DOE eksperiminteel ûntwerp (bepaling fan wichtige parameters)
DFSS is makke om problemen fan praktyske technyk op te lossen. It folget gjin folsleinens, mar is effektyf en robúst. It befettet it idee fan 6-Sigma, vangt de wichtichste tsjinstregeling op en ferliet "99,97%", wylst it ûntwerp eask bestindich is foar omjouwingsfariabiliteit. Dêrom, foardat it optimearjen fan 'e doelparameter wurdt makke, moat it earst wurde screened, en moat de grutte dy't in wichtige ynfloed hat op' e struktuer wurde selekteare, en har wearden moatte wurde bepaald neffens it robúste prinsipe.
3.2.1 DOE parameter ynstelling en DOE
De ûntwerpparameters binne de arkfoarm en de maatposysje fan 'e U-foarmige groef, ensfh., Yn totaal acht. De doelparameter is de axiale trillingsfrekwinsje fan 'e earste oarder, om't dizze de grutste ynfloed hat op' e weld, en de maksimale konsintrearre spanning en it ferskil yn 'e amplitude fan' e wurkflier wurde beheind as steatfariabelen. Op basis fan ûnderfining wurdt oannommen dat it effekt fan 'e parameters op' e resultaten linich is, sadat elke faktor allinich op twa nivo's is ynsteld, 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 softwarebeperkingen kin DOE mei folsleine faktor allinich oant 7 parameters brûke, wylst it model 8 parameters 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 út te pakken, en sette de gegevens dan yn Minitab foar analyse.
3.2.2 Analyze fan DOE-resultaten
De DOE-analyse fan Minitab wurdt werjûn yn figuer 4 en omfettet de wichtichste ynfloedfaktoarenanalyse en ynteraksje-analyse. De wichtichste ynfloedfaktoranalyse wurdt brûkt om te bepalen hokker feroarings yn ûntwerpfariabelen in gruttere ynfloed hawwe op 'e doelfariabele, wêrtroch't oanjûn wurdt hokker wichtige ûntwerpfariabelen binne. De ynteraksje tusken de faktoaren wurdt dan analysearre om it nivo fan 'e faktoaren te bepalen en de mate fan koppeling tusken de ûntwerpfariabelen te ferminderjen. Fergelykje de mjitte fan feroaring fan oare faktoaren as in ûntwerpfaktor heech of leech is. Neffens it ûnôfhinklike aksioma is it optimale ûntwerp net oan elkoar keppele, dus kies it nivo dat minder fariabel is.
De analyseresultaten fan it lassen ark yn dit papier binne: de wichtige ûntwerpparameters binne de bûtenste bôkradius en de slotbreedte fan it ark. It nivo fan beide parameters is "heech", dat is, de straal nimt in gruttere wearde yn 'e DOE, en de groovebreedte nimt ek in gruttere wearde. De wichtige parameters en har wearden waarden bepaald, en dan waarden ferskate oare parameters brûkt om it ûntwerp yn ANSYS te optimalisearjen om de arkfrekwinsje oan te passen oan 'e operaasjefrekwinsje fan' e lasemasine. It optimalisaasjeproses is as folget.
3.3 Optimisaasje fan doelparameter (frekwinsje fan ark)
De parameterynstellingen fan 'e ûntwerpoptimalisaasje binne fergelykber mei dy fan' e DOE. It ferskil is dat de wearden fan twa wichtige parameters binne bepaald, en de oare trije parameters binne relatearre oan de materiaaleigenskippen, dy't wurde beskôge as lûd en kinne net wurde optimalisearre. De oerbleaune trije parameters dy't kinne wurde oanpast binne de axiale posysje fan it slot, de lingte en de arkbreedte. De optimalisaasje brûkt de benaderingsmetoade foar subprobleem yn ANSYS, dat in breed brûkte metoade is yn yngenieursproblemen, en it spesifike proses wurdt weilitten.
It is it wurdich te wizen dat it brûken fan frekwinsje as doelfariabele in bytsje feardigens nedich is yn wurking. Om't d'r in soad ûntwerpparameters binne en in breed oanbod fan fariaasje binne de trillingsmodi fan 'e tooling in protte yn it frekwinsjebân fan belang. As it resultaat fan modale analyze direkt wurdt brûkt, is it dreech de axiale modus fan 'e earste oarder te finen, om't de modale folchoarder interleaving kin foarkomme as de parameters feroarje, dat is de natuerlike frekwinsjewurd dy't oerienkomt mei de orizjinele modus feroaret. Dêrom nimt dit papier earst de modale analyze oan, en brûkt dan de modale superposysjemetoade om de frekwinsjekurve te krijen. Troch de pykwearde fan 'e frekwinsjekurve te finen, kin it de oerienkommende modale frekwinsje fersoargje. Dit is heul wichtich yn it automatyske optimisaasjeproses, en elimineart de needsaak om de modaliteit manuell te bepalen.
Neidat de optimalisaasje is foltôge, kin de wurkfrekwinsje fan it ûntwerp fan 'e tooling heul tichtby de doelfrequinsje wêze, en de flater is minder dan de tolerânsjewearde oantsjutte yn' e optimisaasje. Op dit punt wurdt it tooling-ûntwerp yn prinsipe bepaald, folge troch produksjetolerânsje foar produksje-ûntwerp.
3.4 Tolerânsje ûntwerp
It algemiene strukturele ûntwerp is foltôge neidat alle ûntwerpparameters binne bepaald, mar foar yngenieursproblemen, fral by it beskôgjen fan de kosten fan massaproduksje, is tolerânsje-ûntwerp essensjeel. De kosten fan lege presyzje wurde ek fermindere, mar de mooglikheid om ûntwerpmetriken te foldwaan fereasket statistyske berekkeningen foar kwantitative berekkeningen. It PDS Probability Design System yn ANSYS kin de relaasje better analysearje tusken tolerânsje foar ûntwerpparameter en tolerânsje fan doelparameters, en kin folsleine relatearre rapporttriemmen generearje.
3.4.1 PDS parameter ynstellings en berekkeningen
Neffens it DFSS-idee moatte tolerânsje-analyse wurde útfierd op wichtige ûntwerpparameters, en kinne oare algemiene tolerânsjes empirysk wurde bepaald. De situaasje yn dit papier is heul spesjaal, om't neffens de mooglikheid fan masjearjen de produksjetolerânsje fan geometryske ûntwerpparameters heul lyts is, en hat in bytsje effekt op 'e definitive toolfrekwinsje; wylst de parameters fan grûnstoffen sterk ferskille fanwegen leveransiers, en de priis fan grûnstoffen goed is foar Mear dan 80% fan de ferwurkingskosten foar ark. Dêrom is it needsaaklik om in ridlik tolerânsjeberik yn te stellen foar de materiële eigenskippen. De relevante materiaaleigenskippen binne tichtheid, modulus fan elastisiteit en snelheid fan lûdweachferbreiding.
Tolerânsje-analyse brûkt willekeurige Monte Carlo-simulaasje yn ANSYS om de Latin Hypercube-metoade te priuwen, om't it de ferdieling fan samplingspunten uniformer en ridliker kin meitsje, en bettere korrelaasje mei minder punten kin krije. Dit papier set 30 punten. Stel dat de tolerânsje fan 'e trije materiaalparameters wurde ferdield neffens Gauss, earst in boppeste en legere limyt jûn, en dan berekkene yn ANSYS.
3.4.2 Analyze fan PDS-resultaten
Troch de berekkening fan PDS wurde de doelwikselwearden jûn dy't oerienkomme mei 30 samplingspunten. De ferdieling fan 'e doelfariabelen is ûnbekend. De parameters wurde opnij oanpast mei Minitab software, en de frekwinsje wurdt yn prinsipe ferdield neffens de normale ferdieling. Dit soarget foar de statistyske teory fan tolerânsje-analyse.
De PDS-berekkening jout in passende formule fan 'e ûntwerpfariabele nei de tolerânsje-útwreiding fan' e doelfariabele: wêr't y de doelfariabele is, x de ûntwerpfariabele is, c de korrelaasjekoëffisjint is, en i it fariabele getal.

Neffens dit kin de doeltolerânsje oan elke ûntwerpfariabele wurde tawiisd om de taak fan tolerânsje-ûntwerp te foltôgjen.
3.5 Eksperimintele ferifikaasje
It foarste diel is it ûntwerpproses fan it heule las ark. Nei it foltôgjen wurde de grûnstoffen kocht neffens de materiaaltolerânsje tastien troch it ûntwerp, en dan levere oan 'e fabrikaazje. Frekwinsje- en modale testen wurde útfierd nei't produksje is foltôge, en de brûkte testmetoade is de ienfâldichste en meast effektive sniper testmetoade. Om't de meast besoarge yndeks de axiale modale frekwinsje fan 'e earste oarder is, wurdt de fersnellingssensor oan it wurkflak hechte, en wurdt it oare ein lutsen lâns de axiale rjochting, en de werklike frekwinsje fan' e tooling kin wurde krigen troch spektralanalyse. It simulaasje-resultaat 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 simpele einige elemint yn' e modale berekkening heul heech is.
Nei it trochjaan fan 'e eksperimintele test wurdt it ark yn produksje en montage setten op' e ultrasone lasmasjine. De reaksje-tastân is goed. It wurk hat stabyl west foar mear dan in healjier, en it laskwalifikaasje is heech, dat hat de libbensdoer fan trije moannen mear as tasein troch de fabrikant fan algemiene apparatuer. Dit lit sjen dat it ûntwerp suksesfol is, en it produksjeproses is net werhelle oanpast en oanpast, wat tiid en mankrêft besparret.
4. Konklúzje
Dit papier begjint mei it prinsipe fan ultrasoan plestik lassen, begrypt djip de technyske fokus fan lassen, en stelt it ûntwerpkonsept foar fan nij arkjen. Brûk dan de krêftige simulaasjefunksje fan einich elemint om it ûntwerp konkreet te analysearjen, en yntrodusearje it 6-Sigma-ûntwerpidee fan DFSS, en kontrolearje de wichtige ûntwerpparameters fia ANSYS DOE eksperimintele ûntwerp en PDS-tolerânsje-analyse om robúste ûntwerp te berikken. Uteinlik waard it ark ien kear suksesfol makke, en it ûntwerp wie ridlik troch de eksperimintele frekwinsjetest en de eigentlike produksjeferifikaasje. It bewiist ek dat dizze set fan ûntwerpmetoaden helber en effektyf is.


Posttiid: Nov-04-2020