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Como usar a otimização de parâmetro do mercado de câmbios ANSYS e o projeto da probabilidade do chifre da soldadura ultrassônica

2020-01-17

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Como usar a otimização de parâmetro do mercado de câmbios ANSYS e o projeto da probabilidade do chifre da soldadura ultrassônica

 

 

Prefácio

Com o desenvolvimento da tecnologia ultrassônica, sua aplicação é cada vez mais extensiva, pode ser usada para limpar partículas de sujeira minúsculas, e pode igualmente ser usada para o metal ou o plástico de soldadura. Especialmente em produtos plásticos de hoje, a soldadura ultrassônica é usada na maior parte, porque a estrutura do parafuso é omitida, a aparência pode ser mais perfeita, e a função de waterproofing e de dustproofing é fornecida igualmente. O projeto do chifre plástico da soldadura tem um impacto importante na capacidade final da qualidade e de produção da soldadura. Na produção de medidores bondes novos, as ondas ultrassônicas são usadas para fundir junto as caras superiores e mais baixas. Contudo, durante o uso, encontra-se que alguns chifres estão instalados na máquina e rachados e outras falhas ocorrem em um curto período de tempo. Algum chifre da soldadura a taxa do defeito é alto. As várias falhas tiveram um impacto considerável na produção. De acordo com a compreensão, os fornecedores do equipamento têm capacidades do projeto limitado para o chifre, e com os reparos repetidos de conseguir frequentemente indicadores do projeto. Consequentemente, é necessário usar nossas próprias vantagens tecnologicos para desenvolver o chifre durável e um método de projeto razoável.

Princípio plástico ultrassônico da soldadura 2

A soldadura plástica ultrassônica é um método de processamento que utilize a combinação de thermoplastics na vibração forçada de alta frequência, e as superfícies da soldadura friccionam entre si para produzir o derretimento de alta temperatura local. A fim conseguir bons resultados da soldadura ultrassônica, o equipamento, os materiais e os parâmetros de processo são exigidos. O seguinte é uma breve introdução a seu princípio.

2,1 sistema plástico ultrassônico da soldadura

Figura 1 é uma ideia esquemática de um sistema da soldadura. A energia elétrica é passada através do gerador de sinal e do amplificador de potência para produzir um sinal bonde alterno da frequência ultrassônica (> 20 quilohertz) que é aplicada ao transdutor (cerâmico piezoelétrico). Através do transdutor, a energia elétrica transforma-se a energia da vibração mecânica, e a amplitude da vibração mecânica é ajustada pelo chifre à amplitude de trabalho apropriada, e então transmitida uniformemente ao material em contato com ela através do chifre. As superfícies de contato dos dois materiais de soldadura são sujeitadas à vibração forçada de alta frequência, e o calor da fricção gera o derretimento de alta temperatura local. Após refrigerar, os materiais são combinados para conseguir a soldadura.

 

Em um sistema da soldadura, a fonte do sinal é uma peça do circuito que contenha um circuito do amplificador de potência cujas estabilidade da frequência e a capacidade de movimentação afete o desempenho da máquina. O material é um termoplástico, e o projeto das necessidades da superfície comum de considerar como gerar rapidamente o calor e a doca. Os transdutores, os chifres e os chifres podem tudo ser considerados estruturas mecânicas para a análise fácil do acoplamento de suas vibrações. Na soldadura plástica, a vibração mecânica é transmitida sob a forma das ondas longitudinais. Como transferir eficazmente a energia e ajustar a amplitude são a questão básica do projeto.

2.2horn

O chifre serve como a relação do contato entre a máquina de soldadura ultrassônica e o material. Sua função principal é transmitir a vibração mecânica longitudinal outputted pelo variator uniformemente e eficientemente ao material. O material usado é geralmente liga de alumínio de alta qualidade ou mesmo liga do titânio. Porque o projeto de mudanças de materiais plásticos muito, a aparência é muito diferente, e o chifre tem que mudar em conformidade. A forma da superfície de funcionamento deve ser bem acompanhado com o material, de modo a para não danificar o plástico ao vibrar; ao mesmo tempo, a frequência contínua da vibração longitudinal de primeira ordem deve ser coordenada com a frequência da saída da máquina de soldadura, se não a energia de vibração será consumida internamente. Quando o chifre vibra, a concentração de esforço local ocorre. Como aperfeiçoar estas estruturas locais é igualmente uma consideração do projeto. Este artigo explora como aplicar o chifre do projeto de ANSYS para aperfeiçoar parâmetros de projeto e tolerâncias da fabricação.

 

projeto de solda do chifre 3

Como mencionado mais cedo, o projeto do chifre da soldadura é bastante importante. Há muitos fornecedores ultrassônicos do equipamento em China que produzem seus próprios chifres da soldadura, mas uma parte considerável deles é imitações, e então constantemente estão aparando e estão testando. Com este método repetido do ajuste, a coordenação da frequência do chifre e do equipamento é conseguida. Neste papel, o método de elemento finito pode ser usado para determinar a frequência ao projetar o chifre. O resultado da análise do chifre e o erro de frequência do projeto são somente 1%. Ao mesmo tempo, este papel introduz o conceito de DFSS (projeto para seis Sigma) para aperfeiçoar e o projeto robusto do chifre. O conceito do projeto 6-Sigma é recolher inteiramente a voz de cliente no processo de projeto para o projeto visado; e pre-consideração de desvios possíveis no processo de produção para assegurar-se de que a qualidade do produto final esteja distribuída dentro de um nível razoável. O processo de projeto é mostrado em figura 2. Partindo do desenvolvimento dos indicadores do projeto, a estrutura e as dimensões do chifre são projetadas inicialmente de acordo com a experiência existente. O modelo paramétrico é estabelecido em ANSYS, e o modelo é determinado então pelo método do projeto da experiência de simulação (GAMA). Os parâmetros importantes, de acordo com as exigências robustas, determinam o valor, e usam então o método do secundário-problema para aperfeiçoar outros parâmetros. Tomando em consideração a influência dos materiais e de parâmetros ambientais durante a fabricação e o uso do chifre, foi projetado igualmente com tolerâncias cumprir as exigências de custos de fabrico. Finalmente, o projeto da fabricação, do teste e da teoria do teste e erro real, para encontrar os indicadores do projeto que são entregados. A seguinte introdução detalhada passo a passo.

焊接头 710 dos ansys

3,1 projeto geométrico da forma (que estabelece um modelo paramétrico)

Projetando o chifre da soldadura primeiramente determina suas forma e estrutura geométricas aproximadas e estabelece um modelo paramétrico para a análise subsequente. A figura 3 a) é o projeto do chifre o mais comum da soldadura, em que um número de sulcos em forma de u são abertos na direção da vibração em um material de aproximadamente cuboid. As dimensões totais estão a uns comprimentos dos sentidos de X, de Y, e de Z, e as dimensões da lateral X e Y são geralmente comparáveis ao tamanho do workpiece que está sendo soldado. O comprimento de Z é igual ao meio comprimento de onda da onda ultrassônica, porque na teoria clássica da vibração, a frequência axial de primeira ordem do objeto alongado é determinada por seu comprimento, e o comprimento de meia onda é combinado exatamente com a frequência da onda acústica. Este projeto foi estendido. O uso, é benéfico à propagação de ondas sadias. A finalidade do sulco em forma de u é reduzir a perda de vibração lateral do chifre. A posição, o tamanho e o número são determinados de acordo com o tamanho total do chifre. Pode-se ver que neste projeto, há menos parâmetros que podem livremente ser regulados, assim que nós fizemos melhorias nesta base. A figura 3 b) é um chifre recentemente projetado que tenha um mais parâmetro do tamanho do que o projeto tradicional: o raio exterior R. do arco além, o sulco é gravado na superfície de funcionamento do chifre para cooperar com a superfície do workpiece plástico, que é benéfico transmitir a energia de vibração e proteger o workpiece de dano. Este modelo é modelado rotineiramente parametricamente em ANSYS, e então no projeto experimental seguinte.

3,2 projeto experimental da GAMA (determinação de parâmetros importantes)

DFSS é criado para resolver problemas práticos da engenharia. Não leva a cabo a perfeição, mas é eficaz e robusto. Personifica a ideia de 6-Sigma, captura a contradição principal, e abandona “99,97%", ao exigir o projeto ser bastante resistente à variabilidade ambiental. Consequentemente, antes de fazer a otimização de parâmetro do alvo, deve ser selecionado primeiramente, e o tamanho que tem uma influência importante na estrutura deve ser selecionado, e seus valores devem ser determinados de acordo com o princípio do vigor.

3.2.1 ajuste e GAMA do parâmetro da GAMA

Os parâmetros de projeto são a forma do chifre e a posição do tamanho do sulco em forma de u, etc., um total de oito. O parâmetro do alvo é a frequência axial de primeira ordem da vibração porque tem a grande influência na solda, e o esforço concentrado máximo e a diferença na amplitude da superfície de funcionamento são limitados como variáveis de estado. Baseado na experiência, supõe-se que o efeito dos parâmetros nos resultados é linear, assim que cada fator é ajustado somente a dois níveis, alto e baixo. A lista de parâmetros e de nomes correspondentes é como segue.

A GAMA é executada em ANSYS usando o modelo paramétrico previamente estabelecido. Devido às limitações do software, GAMA do completo-fator pode somente usar até 7 parâmetros, quando o modelo tiver 8 parâmetros, e a análise de ANSYS de resultados da GAMA não é tão detalhado quanto o software do sigma do profissional 6, e não pode segurar a interação. Consequentemente, nós usamos APDL para escrever um laço da GAMA para calcular e extrair os resultados do programa, e para pôr então os dados em Minitab para a análise.

3.2.2 análise de resultados da GAMA

A análise da GAMA de Minitab é mostrada em figura 4 e inclui a análise de fatores de influência principal e a análise da interação. A análise de fator de influência principal é usada para determinar que mudanças variáveis do projeto têm um impacto maior na variável de alvo, desse modo indicando quais são variáveis importantes do projeto. A interação entre os fatores é analisada então para determinar o nível dos fatores e para reduzir o grau de acoplamento entre as variáveis do projeto. Compare o grau de mudança de outros fatores quando um fator de projeto é alto ou baixo. De acordo com o axioma independente, o projeto ótimo não é acoplado entre si, assim que escolha o nível que é menos variável.

Os resultados da análise do chifre da soldadura neste papel são: os parâmetros de projeto importantes estão o raio exterior do arco e a uma largura de entalhe do chifre. O nível de ambos os parâmetros é “alto”, isto é, o raio toma um valor maior na GAMA, e a largura de sulco igualmente toma um valor maior. Os parâmetros importantes e seus valores eram determinados, e diversos outros parâmetros foram usados então para aperfeiçoar o projeto em ANSYS para ajustar a frequência do chifre para combinar a frequência de funcionamento da máquina de soldadura. O processo da otimização é como segue.

3,3 otimização de parâmetro do alvo (frequência do chifre)

Os ajustes do parâmetro da otimização de projeto são similares àqueles da GAMA. A diferença é que os valores de dois parâmetros importantes estiveram determinados, e outros três parâmetros são relacionados às propriedades materiais, que são consideradas como o ruído e não podem ser aperfeiçoadas. Os três parâmetros permanecendo que podem ser ajustados estão a posição axial do entalhe, a um comprimento e a uma largura do chifre. A otimização usa o método da aproximação do subproblem em ANSYS, que é um método amplamente utilizado em problemas da engenharia, e o processo específico é omitido.

Vale notando que usar a frequência como a variável de alvo exige pouca habilidade na operação. Porque há muitos parâmetros de projeto e uma vasta gama de variação, os modos da vibração do chifre estão muitos na escala de frequência do interesse. Se o resultado da análise modal é usado diretamente, é difícil encontrar o modo axial de primeira ordem, porque a intercalação modal da sequência pode ocorrer quando os parâmetros mudam, isto é, a correspondência ordinal da frequência natural às mudanças de modo originais. Consequentemente, este papel adota a análise modal primeiramente, e usa então o método modal da superposição para obter a curva de resposta da frequência. Encontrando o valor máximo da curva de resposta da frequência, pode assegurar a frequência modal correspondente. Isto é muito importante no processo da otimização automática, eliminando a necessidade de determinar manualmente a modalidade.

Depois que a otimização é terminada, a frequência de trabalho do projeto do chifre pode ser muito próxima à frequência do alvo, e o erro é menos do que o valor da tolerância especificado na otimização. Neste momento, o projeto do chifre é basicamente determinado, seguido por tolerâncias de fabricação para o projeto da produção.

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3,4 projeto da tolerância

O projeto estrutural geral é parâmetros de projeto terminados esteve determinado afinal, mas projetando problemas, especialmente ao considerar o custo de produção em massa, o projeto da tolerância é essencial. O custo da baixa precisão é reduzido igualmente, mas a capacidade para encontrar o medidor do projeto exige cálculos estatísticos para cálculos quantitativos. O sistema de projeto da probabilidade do PDS em ANSYS pode melhor analisar o relacionamento entre a tolerância do parâmetro de projeto e a tolerância do parâmetro do alvo, e pode gerar arquivos de relatório relacionados completos.

3.4.1 ajustes e cálculos do parâmetro do PDS

De acordo com a ideia de DFSS, a análise da tolerância deve ser executada em parâmetros de projeto importantes, e outras tolerâncias gerais podem ser determinadas empiricamente. A situação neste papel é bastante especial, porque de acordo com a capacidade de fazer à máquina, a tolerância da fabricação de parâmetros de projeto geométrico é muito pequena, e tem pouco efeito na frequência final do chifre; quando os parâmetros das matérias primas forem extremamente diferente devido aos fornecedores, e o preço das matérias primas esclarece mais de 80% de despesas de fabrico do chifre. Consequentemente, é necessário ajustar uma escala razoável da tolerância para as propriedades materiais. As propriedades materiais relevantes aqui estão densidade, módulo de elasticidade e a uma velocidade da propagação de onda do som.

A análise da tolerância usa a simulação aleatória de Monte - de Carlo em ANSYS para provar o método latino de Hypercube porque pode fazer à distribuição de pontos de amostra mais uniforme e razoável, e obtém a melhor correlação por menos pontos. Este papel ajusta 30 pontos. Supõe que as tolerâncias dos três parâmetros materiais estão distribuídas de acordo com o gauss, dado inicialmente um limite superior e mais baixo, e calculado então em ANSYS.

 

3.4.2 análise de resultados do PDS

Com o cálculo de PDS, os valores variáveis de alvo que correspondem a 30 pontos de amostra são dados. A distribuição das variáveis de alvo é desconhecida. Os parâmetros são cabidos outra vez usando o software de Minitab, e a frequência é distribuída basicamente de acordo com a distribuição normal. Isto assegura a teoria estatística da análise da tolerância.

O cálculo do PDS dá uma fórmula apropriada da variável do projeto à expansão da tolerância da variável de alvo: onde y é a variável de alvo, x é a variável do projeto, c é o coeficiente de correlação, e i é o número variável.

 

De acordo com isto, a tolerância do alvo pode ser atribuída a cada variável do projeto para terminar a tarefa do projeto da tolerância.

3,5 verificação experimental

A parte dianteira é o processo de projeto do chifre inteiro da soldadura. Após a conclusão, as matérias primas são compradas de acordo com as tolerâncias materiais permitidas pelo projeto, e entregadas então à fabricação. A frequência e os testes modais estão executados depois que fabricar está terminada, e o método do teste usado é o método o mais simples e o mais eficaz do teste do atirador furtivo. Porque o índice o mais interessado é a frequência modal axial de primeira ordem, o sensor da aceleração é unido à superfície de funcionamento, e a outra extremidade é golpeada ao longo do sentido axial, e a frequência real do chifre pode ser obtida pela análise espectral. O resultado da simulação do projeto é 14925 hertz, o resultado da análise é 14954 hertz, a definição da frequência é 16 hertz, e o erro máximo é menos de 1%. Pode-se ver que a precisão da simulação finita do elemento no cálculo modal é muito alta.

Após ter passado o teste experimental, o chifre é posto na produção e no conjunto sobre a máquina de soldadura ultrassônica. A condição da reação é boa. O trabalho foi estável para mais do que a metade de um ano, e a taxa da qualificação da soldadura é alta, que excedeu a vida útil de três meses prometida pelo fabricante de equipamento geral. Isto mostra que o projeto é bem sucedido, e o processo de manufatura não foi alterado repetidamente e tempo e mão de obra ajustados, de salvamentos.

Conclusão 4

Este papel começa com o princípio de soldadura plástica ultrassônica, agarra profundamente o foco técnico da soldadura, e propõe o conceito de projeto do chifre novo. Use então a função poderosa da simulação do elemento finito para analisar concretamente o projeto, e introduza a ideia do projeto 6-Sigma de DFSS, e controle os parâmetros de projeto importantes com a análise do projeto experimental da GAMA de ANSYS e da tolerância do PDS para conseguir o projeto robusto. Finalmente, o chifre foi fabricado com sucesso uma vez, e o projeto era razoável pelo teste experimental da frequência e pela verificação da produção real. Igualmente mostra que este grupo de métodos de projeto é praticável e eficaz.

 

 

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