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Cómo utilizar la optimización de parámetro del mercado de cambios ANSYS y el diseño de la probabilidad de cuerno de la soldadura ultrasónica

2020-01-17

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Cómo utilizar la optimización de parámetro del mercado de cambios ANSYS y el diseño de la probabilidad de cuerno de la soldadura ultrasónica

 

 

Advertencia

Con el desarrollo de la tecnología ultrasónica, su uso es cada vez más extenso, puede ser utilizado para limpiar partículas d suciedad minúsculas, y puede también ser utilizado para el metal o el plástico de soldadura. Especialmente en productos plásticos de hoy, la soldadura ultrasónica se utiliza sobre todo, porque se omite la estructura del tornillo, el aspecto puede ser más perfecta, y la función de la impermeabilización y de dustproofing también se proporciona. El diseño del cuerno plástico de la soldadura tiene un impacto importante en la calidad y la capacidad de producción finales de la soldadura. En la producción de nuevos metros eléctricos, las ondas ultrasónicas se utilizan para fundir las caras superiores y más bajas juntas. Sin embargo, durante uso, se encuentra que algunos cuernos están instalados en la máquina y agrietados y otros fracasos ocurren en un corto período de tiempo. Un poco de cuerno de la soldadura la tarifa del defecto es alto. Las diversas faltas han tenido un considerable impacto en la producción. Según la comprensión, los proveedores del equipo tienen capacidades del diseño limitado para el cuerno, y con reparaciones repetidas para alcanzar a menudo indicadores del diseño. Por lo tanto, es necesario utilizar nuestras propias ventajas tecnológicas para desarrollar el cuerno durable y un método de diseño razonable.

Principio plástico ultrasónico de la soldadura 2

La soldadura plástica ultrasónica es un método de proceso que utiliza la combinación de termoplástica en la vibración forzada de alta frecuencia, y las superficies de la soldadura frotan cara a cara para producir la fusión da alta temperatura local. Para alcanzar buenos resultados de la soldadura ultrasónica, el equipo, los materiales y los parámetros de proceso se requieren. Lo que sigue es una breve introducción a su principio.

2,1 sistema plástico ultrasónico de la soldadura

El cuadro 1 es una vista esquemática de un sistema de la soldadura. La energía eléctrica se pasa a través del generador de señal y del amplificador de potencia para producir una señal eléctrica de alternancia de la frecuencia ultrasónica (> 20 kilociclos) que se aplica al transductor (de cerámica piezoeléctrico). A través del transductor, la energía eléctrica se convierte en la energía de la vibración mecánica, y la amplitud de la vibración mecánica es ajustada por el cuerno a la amplitud de trabajo apropiada, y después transmitida uniformemente al material en contacto con ella a través del cuerno. Las superficies de contacto de los dos materiales de soldadura se sujetan a la vibración forzada de alta frecuencia, y el calor de la fricción genera la fusión da alta temperatura local. Después de refrescar, los materiales se combinan para alcanzar la soldadura.

 

En un sistema de la soldadura, la fuente de la señal es una pieza del circuito que contiene un circuito del amplificador de potencia cuya estabilidad de la frecuencia y capacidad de impulsión afecte al funcionamiento de la máquina. El material es un termoplástico, y el diseño de la superficie común necesita considerar cómo generar rápidamente calor y el muelle. Los transductores, los cuernos y los cuernos se pueden todos considerar las estructuras mecánicas para el análisis fácil del acoplamiento de sus vibraciones. En la soldadura plástica, la vibración mecánica se transmite bajo la forma de ondas longitudinales. Cómo transferir con eficacia energía y ajustar la amplitud es la cuestión principal del diseño.

2.2horn

El cuerno sirve como el interfaz del contacto entre la soldadora ultrasónica y el material. Su función principal es transmitir la vibración mecánica longitudinal outputted por el variator uniformemente y eficientemente al material. El material usado es generalmente aleación de aluminio de alta calidad o aún aleación del titanio. Porque el diseño de cambios de materiales plásticos mucho, el aspecto es muy diferente, y el cuerno tiene que cambiar por consiguiente. La forma de la superficie de funcionamiento se debe hacer juego bien con el material, para no dañar el plástico al vibrar; al mismo tiempo, la frecuencia sólida de la vibración longitudinal de primer orden se debe coordinar con la frecuencia de la salida de la soldadora, si no la energía de vibración será consumida internamente. Cuando el cuerno vibra, la concentración de tensión local ocurre. Cómo optimizar estas estructuras locales es también una consideración del diseño. Este artículo explora cómo aplicar el cuerno del diseño de ANSYS para optimizar parámetros de diseño y tolerancias de la fabricación.

 

diseño de soldadura del cuerno 3

Según lo mencionado anterior, el diseño del cuerno de la soldadura es muy importante. Hay muchos proveedores ultrasónicos del equipo en China que producen sus propios cuernos de la soldadura, pero una considerable parte de ellos es imitaciones, y entonces están arreglando y están probando constantemente. Con este método repetido del ajuste, la coordinación de la frecuencia del cuerno y del equipo se alcanza. En este papel, el método de elemento finito se puede utilizar para determinar la frecuencia al diseñar el cuerno. El resultado de la prueba del cuerno y el error de frecuencia del diseño son el solamente 1%. Al mismo tiempo, este papel introduce el concepto de DFSS (diseño para seis sigmas) para optimizar y el diseño robusto de cuerno. El concepto del diseño 6-Sigma es recoger completamente la voz de cliente en el proceso de diseño para el diseño apuntado; y pre-consideración de desviaciones posibles en el proceso de producción para asegurarse de que la calidad del producto final esté distribuida dentro de un nivel razonable. El proceso de diseño se muestra en el cuadro 2. a partir del desarrollo de los indicadores del diseño, la estructura y las dimensiones del cuerno se diseñan inicialmente según la experiencia existente. El modelo paramétrico se establece en ANSYS, y entonces el modelo es determinado por el método del diseño del experimento de simulación (GAMA). Los parámetros importantes, según los requisitos robustos, determinan el valor, y después utilizan el método del subproblema para optimizar otros parámetros. Teniendo en cuenta la influencia de materiales y de parámetros ambientales durante la fabricación y el uso del cuerno, también se ha diseñado con tolerancias para cumplir los requisitos de los costes de fabricación. Finalmente, el diseño de la fabricación, de la prueba y de la teoría de la prueba y error real, encontrar los indicadores del diseño se entregan que. La introducción detallada gradual siguiente.

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3,1 diseño geométrico de la forma (que establece un modelo paramétrico)

Diseñando el cuerno de la soldadura primero determina su forma y estructura geométricas aproximadas y establece un modelo paramétrico para el análisis subsiguiente. El cuadro 3 a) es el diseño del cuerno más común de la soldadura, en el cual varios surcos en forma de "U" se abren en dirección de la vibración en un material de aproximadamente cuboide. Las dimensiones totales son las longitudes de las direcciones de X, de Y, y de Z, y las dimensiones del lateral X y Y son generalmente comparables al tamaño del objeto que es soldado con autógena. La longitud de Z es igual a la media longitud de onda de la onda ultrasónica, porque en la teoría clásica de la vibración, la frecuencia axial de primer orden del objeto alargado es determinada por su longitud, y la longitud de media-onda se hace juego exactamente con la frecuencia de la onda acústica. Se ha ampliado este diseño. El uso, es beneficioso a la extensión de ondas acústicas. El propósito del surco en forma de "U" es reducir la pérdida de vibración lateral del cuerno. La posición, el tamaño y el número son resueltos según el tamaño total del cuerno. Puede ser visto que en este diseño, hay menos parámetros que pueden ser regulados libremente, así que hemos llevado a cabo mejoras en esta base. El cuadro 3 b) es un cuerno nuevamente diseñado que tiene un más parámetro del tamaño que el diseño tradicional: el radio externo R. del arco además, el surco se graba en la superficie de funcionamiento del cuerno para cooperar con la superficie del objeto plástico, que es beneficioso transmitir energía de vibración y proteger el objeto contra daño. Este modelo se modela rutinario paramétrico en ANSYS, y entonces el diseño experimental siguiente.

3,2 diseño experimental de la GAMA (determinación de parámetros importantes)

DFSS se crea para solucionar problemas prácticos de la ingeniería. No persigue la perfección, sino es eficaz y robusto. Personifica la idea de 6-Sigma, captura la contradicción principal, y abandona “99,97%", mientras que requiere el diseño ser muy resistente a la variabilidad ambiental. Por lo tanto, antes de hacer la optimización de parámetro de la blanco, debe ser defendido primero, y el tamaño que tiene una influencia importante en la estructura debe ser seleccionado, y sus valores deben ser resueltos según el principio de la robustez.

3.2.1 ajuste y GAMA del parámetro de la GAMA

Los parámetros de diseño son la forma del cuerno y la posición del tamaño del surco en forma de "U", etc., un total de ocho. El parámetro de la blanco es la frecuencia axial de primer orden de la vibración porque tiene la influencia más grande en la soldadura, y la tensión concentrada máximo y la diferencia en la amplitud de la superficie de funcionamiento se limitan como variables de estado. De acuerdo con experiencia, se asume que el efecto de los parámetros sobre los resultados es linear, así que cada factor se fija solamente a dos niveles, cielo y tierra. La lista de parámetros y de nombres correspondientes está como sigue.

La GAMA se realiza en ANSYS usando el modelo paramétrico previamente establecido. Debido a las limitaciones del software, GAMA del lleno-factor puede utilizar solamente hasta 7 parámetros, mientras que el modelo tiene 8 parámetros, y el análisis de ANSYS de los resultados de la GAMA no es tan completo como software de la sigma del profesional 6, y no puede manejar la interacción. Por lo tanto, utilizamos APDL para escribir un lazo de la GAMA para calcular y para extraer los resultados del programa, y después para poner los datos en Minitab para el análisis.

3.2.2 análisis de los resultados de la GAMA

El análisis de la GAMA de Minitab se muestra en el cuadro 4 e incluye el análisis factorial y el análisis de interacción de influencia principales. El análisis factorial de influencia principal se utiliza para determinar qué cambios variables del diseño tienen un mayor impacto en la variable de blanco, de tal modo indicando cuáles son variables importantes del diseño. La interacción entre los factores entonces se analiza para determinar el nivel de los factores y para reducir el grado de acoplamiento entre las variables del diseño. Compare el grado de cambio de otros factores cuando un factor de diseño es alto o bajo. Según el axioma independiente, el diseño óptimo no se junta el uno al otro, así que elija el nivel que es menos variable.

Los resultados del análisis del cuerno de la soldadura en este papel son: los parámetros de diseño importantes son el radio externo del arco y la anchura de ranura del cuerno. El nivel de ambos parámetros es “alto”, es decir, el radio toma un valor más grande en la GAMA, y la anchura de surco también toma un valor más grande. Los parámetros importantes y sus valores eran resueltos, y entonces varios otros parámetros fueron utilizados para optimizar el diseño en ANSYS para ajustar la frecuencia del cuerno para hacer juego la frecuencia de funcionamiento de la soldadora. El proceso de la optimización está como sigue.

3,3 optimización de parámetro de la blanco (frecuencia del cuerno)

Los ajustes del parámetro de la optimización de diseño son similares a los de la GAMA. La diferencia es que los valores de dos parámetros importantes se han determinado, y los otros tres parámetros se relacionan con las propiedades materiales, que se miran como ruido y no pueden ser optimizadas. Que siguen habiendo los tres parámetros que pueden ser ajustados son la posición axial de la ranura, la longitud y la anchura del cuerno. La optimización utiliza el método de la aproximación del subproblema en ANSYS, que es un método ampliamente utilizado en problemas de la ingeniería, y se omite el proceso específico.

Vale el observar de eso usando frecuencia mientras que la variable de blanco requiere una poca habilidad en funcionamiento. Porque hay muchos parámetros de diseño y una amplia gama de variación, los modos de la vibración del cuerno están muchos en la gama de frecuencia de interés. Si el resultado del análisis modal se utiliza directamente, es difícil encontrar el modo axial de primer orden, porque la interpolación modal de la secuencia puede ocurrir cuando los parámetros cambian, es decir, el ordinal de la frecuencia natural correspondiente a los cambios de modo originales. Por lo tanto, este papel adopta el análisis modal primero, y en seguida utiliza el método modal de la superposición para obtener la curva de respuesta de frecuencia. Encontrando el valor máximo de la curva de respuesta de frecuencia, puede asegurar la frecuencia modal correspondiente. Esto es muy importante en el proceso de la optimización automática, eliminando la necesidad de determinar manualmente la modalidad.

Después de que se termine la optimización, la frecuencia de trabajo del diseño del cuerno puede estar muy cercana a la frecuencia de la blanco, y el error es menos que el valor de la tolerancia especificado en la optimización. A este punto, el diseño del cuerno es básicamente resuelto, seguido por las tolerancias de fabricación para el diseño de la producción.

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3,4 diseño de la tolerancia

El diseño estructural general es después de todo parámetros de diseño terminados se ha determinado, pero para dirigir problemas, especialmente al considerar el coste de producción en masa, el diseño de la tolerancia es esencial. El coste de precisión baja también se reduce, pero la capacidad de resolver métrica del diseño requiere los cálculos estadísticos para los cálculos cuantitativos. El sistema de diseño de la probabilidad del PDS en ANSYS puede analizar mejor la relación entre la tolerancia del parámetro de diseño y la tolerancia del parámetro de la blanco, y puede generar ficheros de informe relacionados completos.

3.4.1 ajustes y cálculos del parámetro del PDS

Según la idea de DFSS, el análisis de la tolerancia se debe realizar en parámetros de diseño importantes, y otras tolerancias generales se pueden determinar empírico. La situación en este papel es muy especial, porque según la capacidad de trabajar a máquina, la tolerancia de la fabricación de los parámetros de diseño geométrico es muy pequeña, y tiene poco efecto sobre la frecuencia final del cuerno; mientras que los parámetros de materias primas son grandemente diverso debido a los proveedores, y el precio de materias primas explica más el de 80% de costes de elaboración del cuerno. Por lo tanto, es necesario fijar una gama razonable de la tolerancia para las propiedades materiales. Las propiedades materiales relevantes aquí son densidad, módulo de la elasticidad y velocidad de la propagación de la onda acústica.

El análisis de la tolerancia utiliza la simulación al azar de Monte Carlo en ANSYS para muestrear el método latino de Hypercube porque puede hacer la distribución de los puntos de muestreo más uniforme y razonable, y obtiene una mejor correlación por menos puntos. Este papel fija 30 puntos. Asuma que las tolerancias de los tres parámetros materiales están distribuidas según el gauss, dado inicialmente un límite superior y más bajo, y entonces calculado en ANSYS.

 

3.4.2 análisis de los resultados del PDS

Con el cálculo del PDS, los valores variables de blanco correspondiente a 30 puntos de muestreo se dan. La distribución de las variables de blanco es desconocida. Los parámetros se caben otra vez usando el software de Minitab, y la frecuencia se distribuye básicamente según el de distribución normal. Esto asegura la teoría estadística del análisis de la tolerancia.

El cálculo del PDS da una fórmula apropiada de la variable del diseño a la extensión de la tolerancia de la variable de blanco: donde está la variable y de blanco, x es la variable del diseño, c es el coeficiente de correlación, e i es el número variable.

 

Según esto, la tolerancia de la blanco se puede asignar a cada variable del diseño para terminar la tarea del diseño de la tolerancia.

3,5 verificación experimental

La parte delantera es el proceso de diseño del cuerno entero de la soldadura. Después de la realización, las materias primas se compran según las tolerancias materiales permitidas por el diseño, y después entregadas a la fabricación. Se realizan la frecuencia y la prueba modal después de que se termine la fabricación, y el método de prueba usado es el método de prueba más simple y más eficaz del francotirador. Porque el índice más en cuestión es la frecuencia modal axial de primer orden, el sensor de la aceleración se ata a la superficie de funcionamiento, y el otro extremo se pega a lo largo de la dirección axial, y la frecuencia real del cuerno se puede obtener por análisis espectral. El resultado de la simulación del diseño es 14925 herzios, el resultado de la prueba es 14954 herzios, la resolución de la frecuencia es 16 herzios, y el error máximo es menos del 1%. Puede ser visto que la exactitud de la simulación finita del elemento en el cálculo modal es muy alta.

Después de pasar la prueba experimental, el cuerno se pone en la producción y la asamblea en la soldadora ultrasónica. La condición de la reacción es buena. El trabajo ha sido estable para más que mitad de un año, y la tarifa de la calificación de la soldadura es alta, que ha excedido la vida de servicio de tres meses prometida por el fabricante de equipamiento general. Esto muestra que el diseño es acertado, y el proceso de fabricación no se ha modificado en varias ocasiones y tiempo ajustado, del ahorro y mano de obra.

Conclusión 4

Este papel comienza con el principio de soldadura plástica ultrasónica, agarra profundamente el foco técnico de la soldadura, y propone el concepto de diseño del nuevo cuerno. Entonces utilice la función potente de la simulación del elemento finito para analizar el diseño concreto, y exponga la idea del diseño 6-Sigma de DFSS, y controle los parámetros de diseño importantes con análisis del diseño experimental de la GAMA de ANSYS y de la tolerancia del PDS para alcanzar diseño robusto. Finalmente, el cuerno fue fabricado con éxito una vez, y el diseño era razonable por la prueba experimental de la frecuencia y la verificación de la producción real. También prueba que este sistema de métodos de diseño es posible y eficaz.

 

 

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