novaĵoj

nd26751326-how_to_use_fem_ansys_parameter_optimization_and_probability_design_of_ultrasonic_welding_horn

Antaŭparolo

Kun la disvolviĝo de ultrasona teknologio, ĝia apliko estas pli kaj pli vasta, ĝi povas esti uzata por purigi etajn malpuraĵojn, kaj ĝi ankaŭ povas esti uzata por veldi metalon aŭ plaston. Precipe en hodiaŭaj plastaj produktoj oni uzas plejparte ultrasonan veldadon, ĉar la ŝraŭba strukturo estas forlasita, la aspekto povas esti pli perfekta, kaj la funkcio de akvorezistado kaj polvorezistado ankaŭ estas provizita. La projektado de la plasta veldkorno havas gravan efikon sur la fina veldkvalito kaj produkta kapablo. En la produktado de novaj elektraj mezuriloj, ultrasonaj ondoj kutimas kunfandi la suprajn kaj malsuprajn vizaĝojn kune. Tamen dum uzo oni konstatas, ke iuj kornoj estas instalitaj sur la maŝino kaj fenditaj kaj aliaj fiaskoj okazas en mallonga periodo. Iuj veldkornoj La difekta rapideco estas alta. Diversaj faŭltoj havis konsiderindan efikon sur produktado. Laŭ la kompreno, ekipaj provizantoj limigis projektajn kapablojn por korno, kaj ofte per ripetaj riparoj por atingi projektajn indikilojn. Tial, necesas uzi niajn proprajn teknologiajn avantaĝojn por disvolvi daŭran kornon kaj racian projektan metodon.

2 Ultrasonic plasta soldata principo

Ultrasona plasta veldado estas prilabora metodo, kiu uzas la kombinaĵon de termoplastoj en la altfrekvenca deviga vibrado, kaj la veldaj surfacoj frotas unu la alian por produkti lokan alt-temperaturan fandadon. Por atingi bonajn ultrasonajn veldajn rezultojn, necesas ekipaĵo, materialoj kaj procezaj parametroj. Sekvas mallonga enkonduko al ĝia principo.

2.1 Ultrasona plasta veldsistemo

Figuro 1 estas skema vido de veldsistemo. La elektra energio trapasas la signal-generatoron kaj la potencan amplifilon por produkti alternan elektran signalon de ultrasona ofteco (> 20 kHz), kiu aplikiĝas al la transduktilo (piezoelektra ceramiko). Per la transduktilo, la elektra energio fariĝas la energio de la mekanika vibrado, kaj la amplekso de la mekanika vibrado estas ĝustigita de la korno al la taŭga labor-amplitudo, kaj poste unuforme transdonita al la materialo en kontakto kun ĝi tra la korno. La kontaktaj surfacoj de la du veldaj materialoj estas submetataj al altfrekvenca deviga vibrado, kaj la frotvarmeco generas lokan alttemperaturan fandadon. Post malvarmigo, la materialoj estas kombinitaj por atingi veldadon.

En veldsistemo, la signala fonto estas cirkvita parto, kiu enhavas potencan amplifilan cirkviton, kies ofteca stabileco kaj veturado-kapablo influas la rendimenton de la maŝino. La materialo estas termoplasta, kaj la projektado de la komuna surfaco devas pripensi kiel rapide generi varmon kaj dokon. Transduktiloj, kornoj kaj kornoj ĉiuj povas esti konsiderataj kiel mekanikaj strukturoj por facila analizo de la kuplado de iliaj vibroj. En plasta veldado, mekanika vibrado estas transdonata en formo de longitudaj ondoj. Kiel efike transdoni energion kaj ĝustigi la amplekson estas la ĉefa punkto de projektado.

2.2korno

La korno funkcias kiel la kontakta interfaco inter la ultrasona veldmaŝino kaj la materialo. Ĝia ĉefa funkcio estas transdoni la laŭlongan mekanikan vibradon produktitan de la variadilo egale kaj efike al la materialo. La materialo uzata estas kutime altkvalita aluminialojo aŭ eĉ titana alojo. Ĉar la projektado de plastaj materialoj multe ŝanĝiĝas, la aspekto estas tre malsama, kaj la korno devas ŝanĝiĝi laŭe. La formo de la laborsurfaco estu bone kongruita kun la materialo, por ne damaĝi la plaston dum vibrado; samtempe la solida frekvenco laŭlonga laŭlonga longitudo estu kunordigita kun la eliga ofteco de la veldmaŝino, alie la vibra energio konsumiĝos interne. Kiam la korno vibras, loka streĉa koncentriĝo okazas. Kiel optimumigi ĉi tiujn lokajn strukturojn ankaŭ estas projekta konsidero. Ĉi tiu artikolo esploras kiel apliki ANSYS-projektan kornon por optimumigi projektajn parametrojn kaj fabrikajn toleremojn.

3 soldata korno-projektado

Kiel menciite pli frue, la projektado de la veldkorno estas sufiĉe grava. Estas multaj supersonaj ekipaĵaj provizantoj en Ĉinio, kiuj produktas siajn proprajn veldajn kornojn, sed konsiderinda parto el ili estas imitaĵoj, kaj tiam ili konstante tondas kaj provas. Per ĉi tiu ripeta alĝusta metodo, la kunordigo de korno kaj ekipa ofteco estas atingita. En ĉi tiu papero, la finia elemento-metodo povas esti uzita por determini la oftecon dum projektado de la korno. La korno-testrezulto kaj la projekta ofteca eraro estas nur 1%. Samtempe, ĉi tiu artikolo enkondukas la koncepton de DFSS (Design For Six Sigma) por optimumigi kaj fortikan projektadon de korno. La koncepto de 6-Sigma-dezajno estas plene kolekti la voĉon de la kliento en la projekt-procezo por laŭcela projektado; kaj antaŭkonsidero de eblaj devioj en la produktada procezo por certigi, ke la kvalito de la fina produkto estas distribuita en racia nivelo. La projekta procezo estas montrita en Figuro 2. Komencante de la disvolviĝo de la projektaj indikiloj, la strukturo kaj dimensioj de la korno estas komence desegnitaj laŭ la ekzistanta sperto. La parametrika modelo estas establita en ANSYS, kaj tiam la modelo estas determinita per la metodo de simulada eksperimenta projektado (DOE). Gravaj parametroj, laŭ la fortikaj postuloj, determinas la valoron, kaj poste uzas la subprobleman metodon por optimumigi aliajn parametrojn. Konsiderante la influon de materialoj kaj mediaj parametroj dum la fabrikado kaj uzo de la korno, ĝi ankaŭ estis desegnita kun toleremoj por plenumi la postulojn de fabrikaj kostoj. Fine la projektado pri teorio de fabrikado, testo kaj testo kaj efektiva eraro, por plenumi la projektajn indikilojn liveritajn. La sekva paŝo post paŝo detala enkonduko.

20200117113651_36685

3.1 Dezajno de geometria formo (establanta parametran modelon)

Projekti la veldan kornon unue determinas ĝian proksimuman geometrian formon kaj strukturon kaj establas parametran modelon por posta analizo. Figuro 3 a) estas la projektado de la plej ofta veldkorno, en kiu kelkaj U-formaj kaneloj estas malfermitaj en la direkto de vibrado sur materialo proksimume kuboidan. La ĝeneralaj dimensioj estas la longoj de la X, Y kaj Z-direktoj, kaj la flankaj dimensioj X kaj Y ĝenerale kompareblas al la grandeco de la veldita peco. La longo de Z egalas al la duona ondolongo de la ultrasona ondo, ĉar en la klasika vibroteorio, la unuaorda aksa frekvenco de la longforma objekto estas determinita per ĝia longo, kaj la duononda longo estas ĝuste kongruita kun la akustika ondofrekvenco. Ĉi tiu dezajno estis plilongigita. Uzo, utilas al la disvastiĝo de sonondoj. La celo de la U-forma kanelo estas redukti la perdon de flanka vibrado de la korno. La pozicio, grandeco kaj nombro estas determinitaj laŭ la totala grandeco de la korno. Videblas, ke en ĉi tiu projektado estas malpli da parametroj libere reguligeblaj, do ni plibonigis ĉi-baze. Figuro 3 b) estas nove projektita korno, kiu havas unu pli grandecan parametron ol la tradicia projektado: la ekstera arka radiuso R. Krome, la fendo estas gravurita sur la laborsurfaco de la korno por kunlabori kun la surfaco de la plasta laborpeco, kiu estas utila por transdoni vibran energion kaj protekti la laborpecon kontraŭ damaĝo. Ĉi tiu modelo estas rutine parametre modeligita en ANSYS, kaj poste la sekva eksperimenta projekto.

3.2 DOE-eksperimenta projektado (determino de gravaj parametroj)

DFSS estas kreita por solvi praktikajn inĝenierajn problemojn. Ĝi ne celas perfektecon, sed estas efika kaj fortika. Ĝi enkorpigas la ideon de 6-Sigma, kaptas la ĉefan kontraŭdiron kaj forlasas "99,97%", dum ĝi postulas, ke la projektado estu sufiĉe imuna al media variablo. Tial, antaŭ ol fari la celan parametron-optimumigon, ĝi devas esti ekzamenita unue, kaj la grandeco, kiu havas gravan influon sur la strukturo, devas esti elektita, kaj iliaj valoroj devas esti determinitaj laŭ la fortika principo.

3.2.1 DOE-parametra agordo kaj DOE

La projektaj parametroj estas la korno-formo kaj la grandeca pozicio de la U-forma kanelo, ktp., Entute ok. La celparametro estas la unuaorda aksa vibrofrekvenco ĉar ĝi havas la plej grandan influon sur la veldsuturo, kaj la maksimuma koncentrita streso kaj la diferenco en la laborsurfaca amplekso estas limigitaj kiel ŝtataj variabloj. Surbaze de sperto, oni supozas, ke la efiko de la parametroj sur la rezultoj estas lineara, do ĉiu faktoro estas nur metita al du niveloj, alta kaj malalta. La listo de parametroj kaj respondaj nomoj estas jena.

DOE plenumiĝas en ANSYS per la antaŭe establita parametrika modelo. Pro programaj limigoj, plen-faktoro DOE povas nur uzi ĝis 7 parametrojn, dum la modelo havas 8 parametrojn, kaj la analizo de ANSYS pri DOE-rezultoj ne estas tiel ampleksa kiel profesia 6-sigma programaro, kaj ne povas trakti interagadon. Tial ni uzas APDL por verki DOE-buklon por kalkuli kaj ĉerpi la rezultojn de la programo, kaj poste meti la datumojn en Minitab por analizo.

3.2.2 Analizo de DOE-rezultoj

La DOE-analizo de Minitab estas montrita en Figuro 4 kaj inkluzivas la ĉefajn influajn faktorojn-analizon kaj interagan analizon. La ĉefa influa faktoranalizo estas uzata por determini, kiuj ŝanĝoj de projektaj variabloj havas pli grandan efikon sur la celvariablo, tiel indikante, kiuj estas gravaj projektaj variabloj. La interago inter la faktoroj tiam estas analizita por determini la nivelon de la faktoroj kaj por redukti la gradon de kuplado inter la projektaj variabloj. Komparu la gradon de ŝanĝo de aliaj faktoroj kiam projekta faktoro estas alta aŭ malalta. Laŭ la sendependa aksiomo, la optimuma projektado ne estas kunligita unu al la alia, do elektu la nivelon malpli varian.

La analizaj rezultoj de la veldanta korno en ĉi tiu papero estas: la gravaj projektaj parametroj estas la ekstera arka radiuso kaj la fendo-larĝo de la korno. La nivelo de ambaŭ parametroj estas "alta", tio estas, la radiuso prenas pli grandan valoron en la DOE, kaj la fendo-larĝo ankaŭ prenas pli grandan valoron. La gravaj parametroj kaj iliaj valoroj estis determinitaj, kaj tiam pluraj aliaj parametroj estis uzataj por optimumigi la projektadon en ANSYS por ĝustigi la kornan oftecon por egali la funkcian oftecon de la veldmaŝino. La optimumiga procezo estas jena.

3.3 Cel-parametra optimumigo (kornofrekvenco)

La parametraj agordoj de la projekt-optimumigo similas al tiuj de la DOE. La diferenco estas, ke la valoroj de du gravaj parametroj estis determinitaj, kaj la aliaj tri parametroj rilatas al la materialaj ecoj, kiuj estas rigardataj kiel bruo kaj ne povas esti optimumigitaj. La ceteraj tri parametroj agordeblaj estas la aksa pozicio de la fendo, la longo kaj la kornlarĝo. La optimumigo uzas la subprobleman proksimuman metodon en ANSYS, kiu estas vaste uzata metodo en inĝenieraj problemoj, kaj la specifa procezo estas preterlasita.

Indas rimarki, ke uzi oftecon kiel la celvariablon postulas iom da lerteco en funkciado. Ĉar estas multaj projektaj parametroj kaj vasta gamo de variado, la vibraj reĝimoj de la korno estas multaj en la ofteca gamo de intereso. Se la rezulto de modala analizo estas rekte uzata, estas malfacile trovi la unuaordan aksan reĝimon, ĉar la modala sinsekva interplektiĝo povas okazi kiam la parametroj ŝanĝiĝas, tio estas la natura frekvenca ordinalo responda al la originala reĝimo ŝanĝiĝas. Tial ĉi tiu artikolo unue adoptas la modalan analizon, kaj poste uzas la modalan supermetan metodon por akiri la frekvencan respondan kurbon. Trovante la pintan valoron de la frekvenca responda kurbo, ĝi povas certigi la respondan modalan oftecon. Ĉi tio tre gravas en la aŭtomata optimumiga procezo, forigante la bezonon permane determini la kategorion.

Post kiam la optimumigo estas finita, la projekcia laborfrekvenco de la korno povas esti tre proksima al la celfrekvenco, kaj la eraro estas malpli ol la tolerema valoro specifita en la optimumigo. Je ĉi tiu punkto, la korno-projektado estas esence determinita, sekvata de fabrikaj toleremoj por produktado-projektado.

20200117113652_29938

3.4 Dezajno de toleremo

La ĝenerala struktura projektado finiĝas post kiam ĉiuj projektaj parametroj estis difinitaj, sed por inĝenieraj problemoj, precipe se oni konsideras la koston de amasa produktado, tolerema projektado estas esenca. La kosto de malalta precizeco ankaŭ estas reduktita, sed la kapablo plenumi projektajn metrikojn postulas statistikajn kalkulojn por kvantaj kalkuloj. La PDS-Probabla Projekt-Sistemo en ANSYS povas pli bone analizi la rilaton inter dezajno-parametro-toleremo kaj cela parametro-toleremo, kaj povas generi kompletajn rilatajn raportdosierojn.

3.4.1 Agordoj kaj kalkuloj de parametroj PDS

Laŭ la DFSS-ideo, toleremo-analizo devas esti farita sur gravaj projektaj parametroj, kaj aliaj ĝeneralaj toleremoj povas esti determinitaj empirie. La situacio en ĉi tiu papero estas sufiĉe speciala, ĉar laŭ la kapablo de maŝinado, la toleremo de fabrikado de geometriaj projektaj parametroj estas tre malgranda, kaj malmulte efikas sur la fina kornofrekvenco; dum la parametroj de krudmaterialoj multe diferencas pro provizantoj, kaj la prezo de krudmaterialoj reprezentas Pli ol 80% de kornaj prilaboraj kostoj. Tial, necesas agordi racia toleremo por la materialaj ecoj. La koncernaj materialaj ecoj ĉi tie estas denseco, elasteca modulo kaj rapideco de sononda disvastigo.

Tolerema analizo uzas hazardan Montekarlo-simuladon en ANSYS por provi la latinan Hiperkuban metodon ĉar ĝi povas fari la distribuadon de specimenaj punktoj pli unuforma kaj akceptebla, kaj akiri pli bonan korelacion per malpli da punktoj. Ĉi tiu artikolo fiksas 30 poentojn. Supozu, ke la toleremoj de la tri materialaj parametroj estas distribuitaj laŭ Gauss, komence donita supra kaj malsupra limo, kaj poste kalkulitaj en ANSYS.

3.4.2 Analizo de PDS-rezultoj

Per la kalkulo de PDS, la celaj variaj valoroj respondas al 30 specimenaj punktoj. La distribuo de la celaj variabloj estas nekonata. La parametroj estas adaptitaj denove per Minitab-programaro, kaj la ofteco esence distribuiĝas laŭ la normala distribuo. Ĉi tio certigas la statistikan teorion de tolerema analizo.

La PDS-kalkulo donas taŭgan formulon de la projekcia variablo ĝis la tolerema ekspansio de la cela variablo: kie y estas la cela variablo, x estas la projekta variablo, c estas la korelacia koeficiento, kaj i estas la varia nombro.

Laŭ ĉi tio, la cela toleremo povas esti atribuita al ĉiu projekcia variablo por kompletigi la taskon de tolerema projektado.

3.5 Eksperimenta konfirmo

La antaŭa parto estas la desegna procezo de la tuta veldkorno. Post la kompletigo, la krudaj materialoj estas aĉetitaj laŭ la materialaj toleremoj permesitaj de la projekto, kaj tiam liveritaj al la fabrikado. Frekvenca kaj modala testado plenumiĝas post fabrikado, kaj la uzata testmetodo estas la plej simpla kaj efika kaŝpafista testmetodo. Ĉar la plej maltrankvila indekso estas la unuaorda aksa modala frekvenco, la akcelsensilo estas ligita al la laborsurfaco, kaj la alia fino estas frapita laŭ la aksa direkto, kaj la reala ofteco de la korno povas esti akirita per spektra analizo. La simulada rezulto de la projektado estas 14925 Hz, la testrezulto estas 14954 Hz, la ofteca rezolucio estas 16 Hz, kaj la maksimuma eraro estas malpli ol 1%. Videblas, ke la precizeco de la finia elemento-simulado en la modala kalkulo estas tre alta.

Pasinte la eksperimentan teston, la korno estas produktata kaj kunmetita sur la ultrasona veldmaŝino. La reaga stato estas bona. La laboro estas stabila dum pli ol duonjaro, kaj la veldada taŭgeco estas alta, kio superis la tri-monatan servdaŭron promesitan de la ĝenerala ekipaĵoproduktanto. Ĉi tio montras, ke la projektado sukcesas, kaj la fabrikada procezo ne estis plurfoje modifita kaj ĝustigita, ŝparante tempon kaj laborforton.

4 Konkludo

Ĉi tiu papero komenciĝas per la principo de ultrasona plasta veldado, profunde ekkomprenas la teknikan fokuson de veldado kaj proponas la projektan koncepton de nova korno. Poste uzu la potencan simulan funkcion de finia elemento por analizi la projektadon konkrete, kaj enkonduki la 6-Sigma-projektan ideon de DFSS, kaj kontroli la gravajn projektajn parametrojn per ANSYS DOE-eksperimenta projekto kaj PDS-tolerema analizo por atingi fortikan projektadon. Fine, la korno estis sukcese fabrikita unufoje, kaj la projektado estis racia per la eksperimenta ofteca testo kaj la efektiva produktado-kontrolo. Ĝi ankaŭ pruvas, ke ĉi tiu aro da projektaj metodoj estas farebla kaj efika.


Afiŝotempo: Nov-04-2020