jaunumi

Priekšvārds
Attīstoties ultraskaņas tehnoloģijai, tā pielietošana ir arvien plašāka, to var izmantot, lai notīrītu sīkas netīrumu daļiņas, un to var izmantot arī metāla vai plastmasas metināšanai. Īpaši mūsdienu plastmasas izstrādājumos galvenokārt tiek izmantota ultraskaņas metināšana, jo skrūves struktūra ir izlaista, izskats var būt pilnīgāks, kā arī tiek nodrošināta hidroizolācijas un putekļu izolācijas funkcija. Plastmasas metināšanas raga dizains būtiski ietekmē galīgo metināšanas kvalitāti un ražošanas jaudu. Jaunu elektrisko skaitītāju ražošanā tiek izmantoti ultraskaņas viļņi, lai sapludinātu augšējo un apakšējo seju. Tomēr lietošanas laikā tiek konstatēts, ka daži rīki ir uzstādīti uz mašīnas un ir saplaisājuši, un citas kļūmes rodas īsā laika periodā. Daži metināšanas izstrādājumi darbarīkiem Defektu līmenis ir augsts. Dažādas kļūdas ir būtiski ietekmējušas ražošanu. Saskaņā ar sapratni, aprīkojuma piegādātājiem ir ierobežotas projektēšanas iespējas darbarīkiem un bieži veicot atkārtotu remontu, lai sasniegtu projektēšanas rādītājus. Tāpēc ir jāizmanto mūsu pašu tehnoloģiskās priekšrocības, lai izstrādātu izturīgus instrumentus un saprātīgu projektēšanas metodi.
2 Ultraskaņas plastmasas metināšanas princips
Ultraskaņas plastmasas metināšana ir apstrādes metode, kas izmanto termoplastu kombināciju augstfrekvences piespiedu vibrācijā, un metināšanas virsmas berzējas viena pret otru, lai radītu vietēju kušanu augstā temperatūrā. Lai sasniegtu labus ultraskaņas metināšanas rezultātus, ir nepieciešamas iekārtas, materiāli un procesa parametri. Tālāk ir sniegts īss ievads par tā principu.
2.1 Ultraskaņas plastmasas metināšanas sistēma
1. attēls ir metināšanas sistēmas shematisks skats. Elektriskā enerģija tiek virzīta caur signāla ģeneratoru un jaudas pastiprinātāju, lai radītu mainīgu elektrisko signālu ar ultraskaņas frekvenci (> 20 kHz), kas tiek piemērots pārveidotājam (pjezoelektriskā keramika). Caur devēju elektriskā enerģija kļūst par mehāniskās vibrācijas enerģiju, un mehāniskās vibrācijas amplitūdu ar ragu pielāgo atbilstošajai darba amplitūdai, un pēc tam vienmērīgi pārnes uz materiālu, kas ar to saskaras caur instrumenta galvu (metināšana instrumenti). Divu metināšanas materiālu saskares virsmas tiek pakļautas augstfrekvences piespiedu vibrācijai, un berzes siltums rada vietēju kušanu augstā temperatūrā. Pēc atdzesēšanas materiāli tiek apvienoti, lai panāktu metināšanu.

Metināšanas sistēmā signāla avots ir ķēdes daļa, kas satur jaudas pastiprinātāja ķēdi, kuras frekvences stabilitāte un piedziņas spēja ietekmē mašīnas darbību. Materiāls ir termoplastisks, un šuves virsmas dizainā jāapsver, kā ātri radīt siltumu un piestātni. Devējus, ragus un instrumentu galvas var uzskatīt par mehāniskām konstrukcijām, lai viegli analizētu to vibrāciju savienojumu. Plastmasas metināšanā mehāniskā vibrācija tiek pārraidīta garenisko viļņu formā. Kā efektīvi pārnest enerģiju un pielāgot amplitūdu, ir galvenais dizaina punkts.
2.2 Instrumenta galva (metināšanas instrumenti)
Instrumenta galva kalpo kā kontakta saskarne starp ultraskaņas metināšanas mašīnu un materiālu. Tās galvenā funkcija ir vienmērīgi un efektīvi novadīt variatora izvadīto garenisko mehānisko vibrāciju uz materiālu. Izmantotais materiāls parasti ir augstas kvalitātes alumīnija sakausējums vai pat titāna sakausējums. Tā kā plastmasas materiālu dizains ļoti mainās, izskats ir ļoti atšķirīgs, un attiecīgi jāmaina arī instrumenta galva. Darba virsmas formai jābūt labi saskaņotai ar materiālu, lai vibrējot nesabojātu plastmasu; tajā pašā laikā pirmās kārtas gareniskās vibrācijas cietā frekvence būtu jāsaskaņo ar metināšanas iekārtas izejas frekvenci, pretējā gadījumā vibrācijas enerģija tiks patērēta iekšēji. Kad instrumenta galva vibrē, rodas vietēja sprieguma koncentrācija. Kā optimizēt šīs vietējās struktūras ir arī dizaina apsvērums. Šajā rakstā ir izpētīts, kā izmantot ANSYS projektēšanas rīku galvas, lai optimizētu projektēšanas parametrus un ražošanas pielaides.
3 metināšanas instrumentu dizains
Kā minēts iepriekš, metināšanas instrumentu dizains ir diezgan svarīgs. Ķīnā ir daudz ultraskaņas iekārtu piegādātāju, kas ražo savus metināšanas instrumentus, taču ievērojama daļa no tiem ir imitācijas, un pēc tam tie tiek pastāvīgi apgriezti un testēti. Izmantojot šo atkārtoto pielāgošanas metodi, tiek panākta instrumentu un aprīkojuma biežuma koordinācija. Šajā rakstā galīgo elementu metodi var izmantot, lai noteiktu frekvenci, izstrādājot instrumentus. Instrumentu pārbaudes rezultāts un projektētās frekvences kļūda ir tikai 1%. Tajā pašā laikā šajā rakstā tiek ieviests DFSS (Design For Six Sigma) jēdziens, lai optimizētu un stingru instrumentu dizainu. 6-Sigma dizaina koncepcija ir pilnībā savākt klienta balsi projektēšanas procesā mērķtiecīgai projektēšanai; kā arī iepriekš jāapsver iespējamās novirzes ražošanas procesā, lai nodrošinātu galaprodukta kvalitātes sadalījumu saprātīgā līmenī. Projektēšanas process parādīts 2. attēlā. Sākot no dizaina rādītāju izstrādes, instrumentu struktūra un izmēri sākotnēji tiek veidoti atbilstoši esošajai pieredzei. Parametriskais modelis ir izveidots ANSYS, un pēc tam modeli nosaka ar simulācijas eksperimenta dizaina (DOE) metodi. Svarīgi parametri atbilstoši stingrajām prasībām nosaka vērtību un pēc tam izmanto apakšproblēmas metodi, lai optimizētu citus parametrus. Ņemot vērā materiālu un vides parametru ietekmi instrumentu izgatavošanas un izmantošanas laikā, tas ir veidots arī ar pielaidēm, lai atbilstu ražošanas izmaksu prasībām. Visbeidzot, ražošanas, testēšanas un testēšanas teorijas dizains un faktiskā kļūda, lai sasniegtu piegādātos dizaina rādītājus. Šis soli pa solim detalizēts ievads.
3.1. Ģeometriskās formas dizains (parametriskā modeļa izveidošana)
Projektējot metināšanas instrumentus, vispirms tiek noteikta tā aptuvenā ģeometriskā forma un struktūra un izveidots parametru modelis turpmākajai analīzei. 3. a) attēls ir visizplatītāko metināšanas darbarīku dizains, kurā uz aptuveni kubveida materiāla vibrācijas virzienā tiek atvērtas vairākas U veida rievas. Kopējie izmēri ir X, Y un Z virzienu garumi, un sānu izmēri X un Y parasti ir salīdzināmi ar metināmā sagataves izmēru. Z garums ir vienāds ar ultraskaņas viļņa pusi viļņa garumu, jo klasiskajā vibrāciju teorijā iegarena objekta pirmās kārtas aksiālo frekvenci nosaka tā garums, un pusviļņa garums ir precīzi saskaņots ar akustisko viļņu frekvence. Šis dizains ir pagarināts. Lietošana ir labvēlīga skaņas viļņu izplatībai. U veida rievas mērķis ir samazināt instrumentu sānu vibrācijas zudumu. Atrašanās vietu, izmēru un skaitu nosaka atbilstoši kopējam instrumenta izmēram. Var redzēt, ka šajā dizainā ir mazāk parametru, kurus var brīvi regulēt, tāpēc mēs uz šī pamata esam veikuši uzlabojumus. 3. b) attēls ir nesen izstrādāts instrumenti, kam ir vēl viens izmēra parametrs nekā tradicionālajam dizainam: ārējais loka rādiuss R. Turklāt rieva ir iegravēta uz instrumenta darba virsmas, lai sadarbotos ar plastmasas sagataves virsmu, kas ir izdevīgi, lai pārraidītu vibrācijas enerģiju un pasargātu sagatavi no bojājumiem. Šis modelis tiek regulāri parametriski modelēts ANSYS un pēc tam nākamais eksperimentālais dizains.
3.2. DOE eksperimentālā plānošana (svarīgu parametru noteikšana)
DFSS ir izveidots praktisku inženiertehnisko problēmu risināšanai. Tas netiecas pēc pilnības, bet ir efektīvs un izturīgs. Tas iemieso 6-Sigma ideju, uztver galveno pretrunu un atsakās no “99,97%”, vienlaikus pieprasot, lai dizains būtu diezgan izturīgs pret vides mainīgumu. Tāpēc pirms mērķa parametru optimizācijas veikšanas tas vispirms jāpārbauda un jāizvēlas lielums, kas būtiski ietekmē struktūru, un to vērtības jānosaka saskaņā ar izturības principu.
3.2.1 DOE parametru iestatīšana un DOE
Projektēšanas parametri ir instrumenta forma un U veida rievas izmēra stāvoklis utt., Kopā astoņi. Mērķa parametrs ir pirmās kārtas aksiālās vibrācijas frekvence, jo tam ir vislielākā ietekme uz metinājumu, un maksimālais koncentrētais spriegums un darba virsmas amplitūdas atšķirība ir ierobežota kā stāvokļa mainīgie. Balstoties uz pieredzi, tiek pieņemts, ka parametru ietekme uz rezultātiem ir lineāra, tāpēc katrs faktors ir iestatīts tikai uz diviem līmeņiem - augstu un zemu. Parametru un atbilstošo nosaukumu saraksts ir šāds.
DOE tiek veikta ANSYS, izmantojot iepriekš izveidoto parametru modeli. Programmatūras ierobežojumu dēļ pilna faktora DOE var izmantot tikai līdz 7 parametriem, savukārt modelim ir 8 parametri, un ANSYS veiktā DOE rezultātu analīze nav tik visaptveroša kā profesionālā 6-sigma programmatūra, un tā nevar tikt galā ar mijiedarbību. Tāpēc mēs izmantojam APDL, lai ierakstītu DOE cilpu, lai aprēķinātu un iegūtu programmas rezultātus, un pēc tam datus ievietojam Minitab analīzei.
3.2.2. DOE rezultātu analīze
Minitab DOE analīze ir parādīta 4. attēlā un ietver galveno ietekmējošo faktoru analīzi un mijiedarbības analīzi. Galvenā ietekmējošā faktora analīze tiek izmantota, lai noteiktu, kurām dizaina mainīgo izmaiņām ir lielāka ietekme uz mērķa mainīgo, tādējādi norādot, kuri ir svarīgi dizaina mainīgie. Pēc tam tiek analizēta faktoru mijiedarbība, lai noteiktu faktoru līmeni un samazinātu saistības pakāpi starp dizaina mainīgajiem. Salīdziniet citu faktoru izmaiņu pakāpi, ja dizaina koeficients ir augsts vai zems. Saskaņā ar neatkarīgo aksiomu optimālais dizains nav savienots viens ar otru, tāpēc izvēlieties mazāk mainīgu līmeni.
Metināšanas instrumentu analīzes rezultāti šajā rakstā ir šādi: svarīgie projektēšanas parametri ir instrumenta ārējā loka rādiuss un spraugas platums. Abu parametru līmenis ir “augsts”, tas ir, rādiusam ir lielāka vērtība DOE, un rievas platumam ir arī lielāka vērtība. Tika noteikti svarīgi parametri un to vērtības, un pēc tam ANSYS konstrukcijas optimizēšanai tika izmantoti vairāki citi parametri, lai instrumentu biežumu pielāgotu metināšanas iekārtas darbības frekvencei. Optimizācijas process ir šāds.
3.3 Mērķa parametru optimizācija (instrumentu biežums)
Dizaina optimizācijas parametru iestatījumi ir līdzīgi DOE iestatījumiem. Atšķirība ir tā, ka ir noteiktas divu svarīgu parametru vērtības, un pārējie trīs parametri ir saistīti ar materiāla īpašībām, kuras tiek uzskatītas par troksni un kuras nevar optimizēt. Atlikušie trīs parametri, kurus var pielāgot, ir spraugas aksiālais stāvoklis, garums un instrumenta platums. Optimizācijā ANSYS tiek izmantota apakšproblēmas aproksimācijas metode, kas ir plaši izmantota metode inženiertehniskajās problēmās, un konkrētais process tiek izlaists.
Ir vērts atzīmēt, ka, lai izmantotu frekvenci kā mērķa mainīgo, ir nepieciešamas nedaudz prasmes darbībā. Tā kā ir daudz dizaina parametru un plaša variāciju diapazona, instrumentu vibrācijas režīmi ir daudz interesējošajā frekvenču diapazonā. Ja tieši tiek izmantots modālās analīzes rezultāts, ir grūti atrast pirmās kārtas aksiālo režīmu, jo modālo secību savstarpēja iesaiņošana var notikt, mainoties parametriem, tas ir, mainoties dabiskajam frekvences kārtas numuram, kas atbilst sākotnējam režīmam. Tāpēc šajā rakstā vispirms tiek pieņemta modālā analīze un pēc tam tiek izmantota modālā superpozīcijas metode, lai iegūtu frekvences reakcijas līkni. Atrodot frekvences reakcijas līknes maksimālo vērtību, tas var nodrošināt atbilstošo modālo frekvenci. Tas ir ļoti svarīgi automātiskās optimizācijas procesā, novēršot nepieciešamību manuāli noteikt modalitāti.
Pēc optimizācijas pabeigšanas instrumentu projektētais darba biežums var būt ļoti tuvu mērķa frekvencei, un kļūda ir mazāka par optimizācijā norādīto pielaides vērtību. Šajā brīdī pamatā tiek noteikts instrumentu dizains, kam seko ražošanas pielaides ražošanas projektam.
3.4. Pielaides dizains
Vispārējais konstrukcijas dizains tiek pabeigts pēc visu projektēšanas parametru noteikšanas, taču inženiertehniskām problēmām, it īpaši, ja ņem vērā masveida ražošanas izmaksas, tolerances dizains ir būtisks. Samazinās arī zemas precizitātes izmaksas, taču, lai spētu izpildīt projektēšanas metriku, kvantitatīvajiem aprēķiniem nepieciešami statistikas aprēķini. ANSYS PDS varbūtības projektēšanas sistēma var labāk analizēt saistību starp projektēšanas parametru pielaidi un mērķa parametru pielaidi un var ģenerēt pilnīgus saistītos pārskatu failus.
3.4.1 PDS parametru iestatījumi un aprēķini
Saskaņā ar DFSS ideju tolerances analīze jāveic svarīgiem projektēšanas parametriem, un citas vispārējās pielaides var noteikt empīriski. Situācija šajā rakstā ir diezgan īpaša, jo saskaņā ar apstrādes spējām ģeometrisko konstrukcijas parametru ražošanas pielaide ir ļoti maza un maz ietekmē galīgo instrumentu biežumu; kamēr izejvielu parametri piegādātāju dēļ ir ļoti atšķirīgi, un izejvielu cena veido vairāk nekā 80% no instrumentu apstrādes izmaksām. Tāpēc ir jānosaka saprātīgs materiāla īpašību pielaides diapazons. Šeit būtiskās materiāla īpašības ir blīvums, elastības modulis un skaņas viļņu izplatīšanās ātrums.
Pielaides analīzē tiek izmantota nejauša Montekarlo simulācija ANSYS, lai atlasītu latīņu hiperkubu metodi, jo tā var padarīt izlases punktu sadalījumu vienmērīgāku un saprātīgāku, kā arī iegūt labāku korelāciju ar mazāk punktiem. Šajā rakstā ir noteikti 30 punkti. Pieņemsim, ka triju materiālu parametru pielaides tiek sadalītas pēc Gausa, sākotnēji piešķirot augšējo un apakšējo robežu un pēc tam aprēķinot ANSYS.
3.4.2 PDS rezultātu analīze
Aprēķinot PDS, tiek norādītas mērķa mainīgo vērtības, kas atbilst 30 paraugu ņemšanas punktiem. Mērķa mainīgo sadalījums nav zināms. Parametri atkal tiek uzstādīti, izmantojot Minitab programmatūru, un frekvence būtībā tiek sadalīta atbilstoši normālajam sadalījumam. Tas nodrošina tolerances analīzes statistisko teoriju.
PDS aprēķins dod piemērotu formulu no dizaina mainīgā līdz mērķa mainīgā pielaides paplašināšanai: kur y ir mērķa mainīgais, x ir dizaina mainīgais, c ir korelācijas koeficients un i ir mainīgais skaitlis.

Saskaņā ar to mērķa pielaidi var piešķirt katram konstrukcijas mainīgajam, lai veiktu tolerances projektēšanas uzdevumu.
3.5. Eksperimentālā pārbaude
Priekšējā daļa ir visa metināšanas instrumenta projektēšanas process. Pēc pabeigšanas izejvielas tiek iegādātas atbilstoši materiālu atļautajām pielaidēm, kuras pieļauj dizains, un pēc tam tiek piegādātas ražotnei. Frekvenču un modālo testēšanu veic pēc ražošanas pabeigšanas, un izmantotā testa metode ir vienkāršākā un efektīvākā snaiperu testa metode. Tā kā visvairāk norūpējies indekss ir pirmās kārtas aksiālā modālā frekvence, paātrinājuma sensors ir piestiprināts pie darba virsmas, un otrais gals tiek sasists pa aksiālo virzienu, un faktisko instrumentu biežumu var iegūt, izmantojot spektrālo analīzi. Projektēšanas simulācijas rezultāts ir 14925 Hz, testa rezultāts ir 14954 Hz, frekvences izšķirtspēja ir 16 Hz, un maksimālā kļūda ir mazāka par 1%. Var redzēt, ka modālo aprēķinu galīgo elementu simulācijas precizitāte ir ļoti augsta.
Pēc eksperimentālā testa nokārtošanas instrumenti tiek ražoti un montēti ultraskaņas metināšanas mašīnā. Reakcijas stāvoklis ir labs. Darbs ir bijis stabils vairāk nekā pusgadu, un metināšanas kvalifikācijas līmenis ir augsts, kas pārsniedzis vispārējā aprīkojuma ražotāja solīto trīs mēnešu kalpošanas laiku. Tas parāda, ka dizains ir veiksmīgs, un ražošanas process nav atkārtoti modificēts un pielāgots, ietaupot laiku un darbaspēku.
4 Secinājums
Šis raksts sākas ar ultraskaņas plastmasas metināšanas principu, dziļi aptver metināšanas tehnisko uzmanību un piedāvā jaunu instrumentu dizaina koncepciju. Pēc tam izmantojiet ierobežotā elementa jaudīgo simulācijas funkciju, lai konkrēti analizētu dizainu, iepazīstinātu ar DFSS 6-Sigma dizaina ideju un kontrolētu svarīgos dizaina parametrus, izmantojot ANSYS DOE eksperimentālo dizainu un PDS tolerances analīzi, lai panāktu stabilu dizainu. Visbeidzot, instrumenti tika veiksmīgi izgatavoti vienu reizi, un dizains bija saprātīgs, veicot eksperimentālo frekvences testu un faktisko ražošanas pārbaudi. Tas arī pierāda, ka šis projektēšanas metožu kopums ir iespējams un efektīvs.


Izlikšanas laiks: 04-2020 novembris