balita

Paunang salita
Sa pag-unlad ng teknolohiyang ultrasonic, ang aplikasyon nito ay higit at mas malawak, maaari itong magamit upang linisin ang maliliit na mga maliit na butil ng dumi, at maaari din itong magamit para sa hinang metal o plastik. Lalo na sa mga produktong plastik ngayon, ang ultrasonic welding ay kadalasang ginagamit, dahil ang istraktura ng tornilyo ay tinanggal, ang hitsura ay maaaring maging mas perpekto, at ang pagpapaandar ng waterproofing at dustproofing ay ibinigay din. Ang disenyo ng plastik na hinang sungay ay may mahalagang epekto sa pangwakas na kalidad ng hinang at kapasidad sa produksyon. Sa paggawa ng mga bagong metro ng kuryente, ginagamit ang mga ultrasonikong alon upang pagsamahin ang itaas at mas mababang mga mukha. Gayunpaman, sa panahon ng paggamit, nahanap na ang ilang mga tool ay naka-install sa makina at basag at iba pang mga pagkabigo ay nagaganap sa isang maikling panahon. Ang ilang mga produkto ng hinang ng tooling Ang rate ng depekto ay mataas. Ang iba`t ibang mga pagkakamali ay nagkaroon ng malaking epekto sa produksyon. Ayon sa pag-unawa, ang mga tagapagtustos ng kagamitan ay may limitadong mga kakayahan sa disenyo para sa tooling, at madalas sa pamamagitan ng paulit-ulit na pag-aayos upang makamit ang mga tagapagpahiwatig ng disenyo. Samakatuwid, kinakailangang gumamit ng aming sariling mga kalamangan sa teknolohiya upang makabuo ng matibay na tooling at isang makatuwirang pamamaraan ng disenyo.
2 Prinsipyo ng hinang plastic na hinang
Ang ultrasonic plastic welding ay isang paraan ng pagproseso na gumagamit ng kombinasyon ng mga thermoplastics sa mataas na dalas na sapilitang panginginig, at ang mga ibabaw ng welding ay kuskusin laban sa bawat isa upang makabuo ng lokal na pagkatunaw ng mataas na temperatura. Upang makamit ang mahusay na mga resulta ng hinang ultrasonic, kinakailangan ang kagamitan, materyales at mga parameter ng proseso. Ang sumusunod ay isang maikling pagpapakilala sa prinsipyo nito.
2.1 Sistema ng welding ng plastik na ultrasonic
Ang Larawan 1 ay isang pagtingin sa eskematiko ng isang sistema ng hinang. Ang elektrikal na enerhiya ay ipinapasa sa pamamagitan ng signal generator at ang power amplifier upang makagawa ng isang alternating signal ng elektrikal ng dalas ng ultrasonic (> 20 kHz) na inilalapat sa transducer (piezoelectric ceramic). Sa pamamagitan ng transducer, ang enerhiya na elektrikal ay nagiging lakas ng mekanikal na panginginig, at ang amplitude ng mekanikal na panginginig ay nababagay ng sungay sa naaangkop na amplitude ng pagtatrabaho, at pagkatapos ay pantay na naihatid sa materyal na nakikipag-ugnay dito sa pamamagitan ng ulo ng tool (hinang tooling). Ang mga contact surfaces ng dalawang welding material ay napapailalim sa high-frequency forced forced, at ang init ng pagkikiskisan ay bumubuo ng lokal na pagkatunaw ng mataas na temperatura. Pagkatapos ng paglamig, ang mga materyales ay pinagsama upang makamit ang hinang.

Sa isang sistema ng hinang, ang pinagmulan ng signal ay isang bahagi ng circuit na naglalaman ng isang circuit ng power amplifier na ang katatagan ng dalas at kakayahang magmaneho ay nakakaapekto sa pagganap ng makina. Ang materyal ay isang thermoplastic, at ang disenyo ng magkasanib na ibabaw ay kailangang isaalang-alang kung paano mabilis na makabuo ng init at pantalan. Ang mga transduser, sungay at ulo ng tool ay maaaring isaalang-alang ang mga istrakturang mekanikal para sa madaling pagtatasa ng pagkabit ng kanilang mga panginginig. Sa plastik na hinang, ang pang-mechanical na panginginig ay ipinadala sa anyo ng mga paayon na alon. Paano mabisang ilipat ang enerhiya at ayusin ang amplitude ay ang pangunahing punto ng disenyo.
2.2 Tool head (welding tooling)
Ang ulo ng tool ay nagsisilbing interface ng contact sa pagitan ng ultrasonic welding machine at ng materyal. Ang pangunahing pagpapaandar nito ay upang maipadala ang paayon mekanikal na panginginig ng boses na na-output ng variator nang pantay-pantay at mahusay sa materyal. Ang materyal na ginamit ay karaniwang de-kalidad na haluang metal na aluminyo o kahit na haluang metal na Titanium. Dahil ang disenyo ng mga materyal na plastik ay nagbabago nang malaki, ang hitsura ay ibang-iba, at ang ulo ng tool ay kailangang baguhin nang naaayon. Ang hugis ng ibabaw na nagtatrabaho ay dapat na maayos na maitugma sa materyal, upang hindi makapinsala sa plastik kapag nag-vibrate; sa parehong oras, ang paunang pagkakasunud-sunod ng paayon na panginginig ng boses na solidong dalas ay dapat na maiugnay sa dalas ng output ng welding machine, kung hindi man ang enerhiya ng panginginig ng boses ay matupok sa loob. Kapag nag-vibrate ang ulo ng tool, nangyayari ang konsentrasyon ng lokal na stress. Kung paano i-optimize ang mga lokal na istraktura na ito ay isang pagsasaalang-alang din sa disenyo. Sinisiyasat ng artikulong ito kung paano mag-apply ng mga head tool sa disenyo ng ANSYS upang ma-optimize ang mga parameter ng disenyo at mga pagpapahintulot sa paggawa.
3 disenyo ng tooling ng welding
Tulad ng nabanggit kanina, ang disenyo ng welding tooling ay lubos na mahalaga. Maraming mga tagatustos ng kagamitan na ultrasonic sa Tsina na gumagawa ng kanilang sariling mga tool sa hinang, ngunit ang isang malaking bahagi sa kanila ay mga imitasyon, at pagkatapos ay patuloy silang pinuputol at sinusubukan. Sa pamamagitan ng paulit-ulit na pamamaraan ng pagsasaayos na ito, nakakamit ang koordinasyon ng tooling at dalas ng kagamitan. Sa papel na ito, maaaring magamit ang pamamaraang may limitasyong elemento upang matukoy ang dalas kapag nagdidisenyo ng tooling. Ang resulta ng pagsubok ng tooling at ang error sa dalas ng disenyo ay 1% lamang. Sa parehong oras, ipinakilala ng papel na ito ang konsepto ng DFSS (Disenyo Para sa Anim na Sigma) upang ma-optimize at matatag na disenyo ng tooling. Ang konsepto ng disenyo ng 6-Sigma ay upang ganap na kolektahin ang boses ng customer sa proseso ng disenyo para sa naka-target na disenyo; at paunang pagsasaalang-alang ng mga posibleng paglihis sa proseso ng produksyon upang matiyak na ang kalidad ng pangwakas na produkto ay ipinamamahagi sa loob ng makatwirang antas. Ang proseso ng disenyo ay ipinapakita sa Larawan 2. Simula mula sa pagbuo ng mga tagapagpahiwatig ng disenyo, ang istraktura at sukat ng tooling ay paunang idinisenyo ayon sa mayroon nang karanasan. Ang modelo ng parametric ay itinatag sa ANSYS, at pagkatapos ang modelo ay natutukoy ng pamamaraan ng disenyo ng simulation eksperimento (DOE). Ang mga mahahalagang parameter, ayon sa mga matatag na kinakailangan, tukuyin ang halaga, at pagkatapos ay gamitin ang pamamaraan ng sub-problema upang ma-optimize ang iba pang mga parameter. Isinasaalang-alang ang impluwensya ng mga materyales at mga parameter ng kapaligiran sa panahon ng paggawa at paggamit ng tooling, dinisenyo din ito na may mga pagpapahintulot upang matugunan ang mga kinakailangan ng mga gastos sa pagmamanupaktura. Panghuli, ang disenyo ng pagmamanupaktura, pagsubok at pagsubok ng teorya at aktwal na error, upang matugunan ang mga tagapagpahiwatig ng disenyo na naihatid. Ang sumusunod na sunud-sunod na detalyadong pagpapakilala.
3.1 Disenyo ng hugis ng geometriko (pagtaguyod ng isang modelo ng parametric)
Ang pagdidisenyo ng welding tooling ay unang tumutukoy sa tinatayang geometriko na hugis at istraktura at nagtatatag ng isang modelo ng parametric para sa kasunod na pagtatasa. Ang Larawan 3 a) ay ang disenyo ng pinakakaraniwang kagamitan sa hinang, kung saan ang isang bilang ng mga hugis na U na uka ay binubuksan sa direksyon ng panginginig sa isang materyal na humigit-kumulang na cuboid. Ang pangkalahatang sukat ay ang haba ng mga direksyon ng X, Y, at Z, at ang mga pag-ilid na sukat na X at Y sa pangkalahatan ay maihahambing sa laki ng workpiece na hinangin. Ang haba ng Z ay katumbas ng kalahating haba ng daluyong ng ultrasonic wave, dahil sa teoryang klasikal na panginginig ng boses, ang unang pagkakasunud-sunod na axial frequency ng pinahabang bagay ay natutukoy ng haba nito, at ang haba ng kalahating alon ay eksaktong naitugma sa acoustic dalas ng alon Ang disenyo na ito ay pinalawig. Ang paggamit, ay kapaki-pakinabang sa pagkalat ng mga sound wave. Ang layunin ng hugis-U na uka upang mabawasan ang pagkawala ng pag-ilid na pag-ilid ng tooling. Ang posisyon, laki at bilang ay natutukoy ayon sa pangkalahatang sukat ng tooling. Makikita na sa disenyo na ito, mayroong mas kaunting mga parameter na maaaring malayang makontrol, kaya't gumawa kami ng mga pagpapabuti sa batayan na ito. Ang Larawan 3 b) ay isang bagong dinisenyo na tooling na may isa pang sukat na sukat kaysa sa tradisyunal na disenyo: ang panlabas na arc radius R. Bilang karagdagan, ang uka ay nakaukit sa nagtatrabaho ibabaw ng tooling upang makipagtulungan sa ibabaw ng plastic workpiece, na kung saan ay kapaki-pakinabang upang magpadala ng enerhiya ng panginginig ng boses at protektahan ang workpiece mula sa pinsala. Ang modelong ito ay regular na nagmomodelo sa ANSYS, at pagkatapos ay ang susunod na disenyo ng pang-eksperimentong.
3.2 disenyo ng pang-eksperimentong DOE (pagpapasiya ng mga mahahalagang parameter)
Ang DFSS ay nilikha upang malutas ang mga praktikal na problema sa engineering. Hindi nito hinahabol ang pagiging perpekto, ngunit mabisa at matatag. Ito ay sumasalamin sa ideya ng 6-Sigma, kinukuha ang pangunahing kontradiksyon, at pinabayaan ang "99.97%", habang hinihiling ang disenyo na maging lubos na lumalaban sa pagkakaiba-iba ng kapaligiran. Samakatuwid, bago gawin ang target na pag-optimize ng parameter, dapat itong ma-screen muna, at ang laki na may mahalagang impluwensya sa istraktura ay dapat mapili, at ang kanilang mga halaga ay dapat matukoy ayon sa prinsipyo ng pagiging matatag.
3.2.1 setting ng parameter ng DOE at DOE
Ang mga parameter ng disenyo ay ang hugis ng tooling at ang posisyon ng laki ng hugis U na uka, atbp, isang kabuuang walong. Ang target na parameter ay ang unang pagkakasunud-sunod ng dalas ng axial vibration dahil ito ang may pinakamalaking impluwensya sa hinang, at ang maximum na puro stress at ang pagkakaiba sa gumaganang amplitude sa ibabaw ay nalilimitahan bilang mga variable ng estado. Batay sa karanasan, ipinapalagay na ang epekto ng mga parameter sa mga resulta ay linear, kaya't ang bawat kadahilanan ay nakatakda lamang sa dalawang antas, mataas at mababa. Ang listahan ng mga parameter at kaukulang pangalan ay ang mga sumusunod.
Ang DOE ay ginaganap sa ANSYS gamit ang dating itinatag na modelo ng parametric. Dahil sa mga limitasyon ng software, ang buong factor na DOE ay maaari lamang gumamit ng hanggang 7 na mga parameter, habang ang modelo ay may 8 mga parameter, at ang pagsusuri ng ANSYS sa mga resulta ng DOE ay hindi kasing masaklaw ng propesyonal na 6-sigma software, at hindi makayanan ang pakikipag-ugnayan. Samakatuwid, gumagamit kami ng APDL upang sumulat ng isang DOE loop upang makalkula at makuha ang mga resulta ng programa, at pagkatapos ay ilagay ang data sa Minitab para sa pagtatasa.
3.2.2 Pagsusuri sa mga resulta ng DOE
Ang pagtatasa ng DOE ng Minitab ay ipinapakita sa Larawan 4 at kasama ang pangunahing impluwensyang mga kadahilanan sa pagtatasa at pagtatasa ng pakikipag-ugnay. Ang pangunahing nakakaimpluwensyang kadahilanan sa pag-aaral ay ginagamit upang matukoy kung aling mga pagbabago sa variable ng disenyo ang may mas malaking epekto sa target na variable, sa gayon ay ipinapahiwatig kung aling mga mahalagang variable ng disenyo. Ang pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga kadahilanan ay pagkatapos ay pinag-aralan upang matukoy ang antas ng mga kadahilanan at upang mabawasan ang antas ng pagkabit sa pagitan ng mga variable ng disenyo. Ihambing ang antas ng pagbabago ng iba pang mga kadahilanan kung ang isang kadahilanan sa disenyo ay mataas o mababa. Ayon sa independiyenteng axiom, ang pinakamainam na disenyo ay hindi isinama sa bawat isa, kaya piliin ang antas na hindi gaanong variable.
Ang mga resulta sa pag-aaral ng tooling ng hinang sa papel na ito ay: ang mga mahalagang parameter ng disenyo ay ang panlabas na arc radius at ang lapad ng puwang ng tooling. Ang antas ng parehong mga parameter ay "mataas", iyon ay, ang radius ay tumatagal ng isang mas malaking halaga sa DOE, at ang lapad ng uka ay tumatagal din ng isang mas malaking halaga. Natukoy ang mga mahahalagang parameter at ang kanilang mga halaga, at pagkatapos ay maraming iba pang mga parameter ang ginamit upang ma-optimize ang disenyo sa ANSYS upang ayusin ang dalas ng tooling upang tumugma sa dalas ng operating ng welding machine. Ang proseso ng pag-optimize ay ang mga sumusunod.
3.3 Target na pag-optimize ng parameter (dalas ng tooling)
Ang mga setting ng parameter ng pag-optimize sa disenyo ay katulad ng sa DOE. Ang pagkakaiba ay ang mga halaga ng dalawang mahahalagang parameter ay natutukoy, at ang iba pang tatlong mga parameter ay nauugnay sa mga materyal na katangian, na itinuturing na ingay at hindi ma-optimize. Ang natitirang tatlong mga parameter na maaaring ayusin ay ang posisyon ng ehe ng puwang, ang haba at ang lapad ng tooling. Gumagamit ang pag-optimize ng paraan ng pamamaraang subproblem sa ANSYS, na isang malawak na ginagamit na pamamaraan sa mga problema sa engineering, at ang partikular na proseso ay tinanggal.
Napapansin na ang paggamit ng dalas bilang variable ng target ay nangangailangan ng kaunting kasanayan sa pagpapatakbo. Dahil maraming mga parameter ng disenyo at isang malawak na hanay ng pagkakaiba-iba, ang mga mode ng panginginig ng tooling ay marami sa saklaw ng dalas ng interes. Kung ang resulta ng pag-aaral ng modal ay direktang ginamit, mahirap hanapin ang unang-order na axial mode, dahil maaaring maganap ang interleaving ng pagkakasunud-sunod ng modal kapag nagbago ang mga parameter, iyon ay, ang natural na dalas na dalisay na naaayon sa mga orihinal na pagbabago ng mode. Samakatuwid, ang papel na ito ay gumagamit ng pag-aaral ng modal muna, at pagkatapos ay gumagamit ng paraan ng superposition ng modal upang makuha ang curve ng dalas ng tugon. Sa pamamagitan ng paghahanap ng rurok na halaga ng curve ng dalas ng tugon, masisiguro nito ang kaukulang dalas ng modal. Napakahalaga nito sa awtomatikong proseso ng pag-optimize, inaalis ang pangangailangan na manu-manong matukoy ang modality.
Matapos makumpleto ang pag-optimize, ang dalas ng paggana ng disenyo ng tooling ay maaaring maging napakalapit sa target na dalas, at ang error ay mas mababa kaysa sa halagang pagpapahintulot na tinukoy sa pag-optimize. Sa puntong ito, ang disenyo ng tooling ay karaniwang natutukoy, na sinusundan ng mga pagpapahintulot sa paggawa para sa disenyo ng produksyon.
3.4 Disenyo ng pagpapaubaya
Ang pangkalahatang disenyo ng istruktura ay nakumpleto matapos na matukoy ang lahat ng mga parameter ng disenyo, ngunit para sa mga problema sa engineering, lalo na kapag isinasaalang-alang ang gastos ng mass production, mahalaga ang disenyo ng pagpapaubaya. Ang gastos ng mababang katumpakan ay nabawasan din, ngunit ang kakayahang matugunan ang mga sukatan ng disenyo ay nangangailangan ng mga pagkalkula ng istatistika para sa mga kalkulasyon ng dami. Ang PDS Probability Design System sa ANSYS ay maaaring mas mahusay na pag-aralan ang ugnayan sa pagitan ng pagpaparaya ng parameter ng disenyo at pagpaparaya ng target na parameter, at maaaring makabuo ng kumpletong nauugnay na mga file ng ulat.
3.4.1 Mga setting at kalkulasyon ng parameter ng PDS
Ayon sa ideya ng DFSS, ang pagtatasa ng pagpapaubaya ay dapat gawin sa mahalagang mga parameter ng disenyo, at ang iba pang mga pangkalahatang pagpapahintulot ay maaaring matukoy nang empirically. Ang sitwasyon sa papel na ito ay lubos na espesyal, dahil ayon sa kakayahan ng machining, ang pagpapaubaya ng pagmamanupaktura ng mga parameter ng disenyo ng geometriko ay napakaliit, at may maliit na epekto sa huling dalas ng tooling; habang ang mga parameter ng mga hilaw na materyales ay magkakaiba-iba dahil sa mga supplier, at ang presyo ng mga hilaw na materyales ay higit sa 80% ng mga gastos sa pagpoproseso ng tool. Samakatuwid, kinakailangan upang magtakda ng isang makatwirang saklaw ng pagpapaubaya para sa mga materyal na katangian. Ang mga kaugnay na materyal na pag-aari dito ay ang density, modulus ng pagkalastiko at bilis ng paglaganap ng tunog alon.
Ang pagtatasa ng pagpapaubaya ay gumagamit ng random na simulasi ng Monte Carlo sa ANSYS upang mai-sample ang pamamaraang Latin Hypercube sapagkat maaari nitong gawing mas pantay at makatwiran ang pamamahagi ng mga puntos ng sampling, at makakuha ng mas mahusay na ugnayan sa pamamagitan ng mas kaunting mga puntos. Ang papel na ito ay nagtatakda ng 30 puntos. Ipagpalagay na ang mga pagpapaubaya ng tatlong mga parameter ng materyal ay ipinamamahagi ayon sa Gauss, na una na binigyan ng isang itaas at mas mababang limitasyon, at pagkatapos ay kinakalkula sa ANSYS.
3.4.2 Pagsusuri sa mga resulta ng PDS
Sa pamamagitan ng pagkalkula ng PDS, ang mga halaga ng target na variable na tumutugma sa 30 mga sampling point ay ibinigay. Ang pamamahagi ng mga target na variable ay hindi alam. Ang mga parameter ay nilagyan ulit gamit ang Minitab software, at ang dalas ay karaniwang ipinamamahagi ayon sa normal na pamamahagi. Tinitiyak nito ang istatistikal na teorya ng pagtatasa ng pagpapaubaya.
Ang pagkalkula ng PDS ay nagbibigay ng isang angkop na pormula mula sa variable ng disenyo hanggang sa pagpapalawak ng pagpapaubaya ng variable ng target: kung saan ang target na variable, ang x ay ang variable ng disenyo, ang c ay ang koepisyent ng ugnayan, at ako ang variable na numero.

Ayon dito, ang target na pagpapaubaya ay maaaring italaga sa bawat variable ng disenyo upang makumpleto ang gawain ng disenyo ng pagpaparaya.
3.5 Pang-eksperimentong pag-verify
Ang harap na bahagi ay ang proseso ng disenyo ng buong tool sa hinang. Matapos ang pagkumpleto, ang mga hilaw na materyales ay binili alinsunod sa mga materyal na tolerance na pinapayagan ng disenyo, at pagkatapos ay naihatid sa pagmamanupaktura. Ginagawa ang pagsubok ng dalas at modal pagkatapos makumpleto ang pagmamanupaktura, at ang ginamit na pamamaraan ng pagsubok ay ang pinakasimpleng at pinakamabisang pamamaraan ng pagsubok ng sniper. Sapagkat ang pinaka-nag-aalala na index ay ang unang-order na dalas ng axial modal, ang sensor ng acceleration ay nakakabit sa ibabaw ng pagtatrabaho, at ang kabilang dulo ay hinampas kasama ang direksyon ng ehe, at ang aktwal na dalas ng tooling ay maaaring makuha ng pagsusuri ng parang multo. Ang resulta ng simulation ng disenyo ay 14925 Hz, ang resulta ng pagsubok ay 14954 Hz, ang resolusyon ng dalas ay 16 Hz, at ang maximum na error ay mas mababa sa 1%. Makikita na ang kawastuhan ng may wakas na simulation ng elemento sa pagkalkula ng modal ay napakataas.
Matapos makapasa sa pang-eksperimentong pagsubok, ang tooling ay inilalagay sa produksyon at pagpupulong sa ultrasonic welding machine. Ang kondisyon ng reaksyon ay mabuti. Ang trabaho ay naging matatag sa higit sa kalahating taon, at ang rate ng kwalipikasyon ng hinang ay mataas, na lumampas sa tatlong buwan na buhay ng serbisyo na ipinangako ng pangkalahatang tagagawa ng kagamitan. Ipinapakita nito na ang disenyo ay matagumpay, at ang proseso ng pagmamanupaktura ay hindi paulit-ulit na nabago at nababagay, nakakatipid ng oras at lakas ng tao.
4. Konklusyon
Ang papel na ito ay nagsisimula sa prinsipyo ng ultrasonic plastic welding, lubos na nahahawakan ang teknikal na pokus ng hinang, at iminungkahi ang konsepto ng disenyo ng bagong tooling. Pagkatapos ay gamitin ang malakas na pagpapaandar ng simulation ng may takda na elemento upang pag-aralan ang disenyo nang konkreto, at ipakilala ang ideya ng disenyo ng 6-Sigma ng DFSS, at kontrolin ang mahalagang mga parameter ng disenyo sa pamamagitan ng pang-eksperimentong disenyo ng ANSYS DOE at pagtatasa ng pagpaparaya sa PDS upang makamit ang matatag na disenyo. Sa wakas, ang tooling ay matagumpay na na gawa nang isang beses, at ang disenyo ay makatuwiran sa pamamagitan ng eksperimentong dalas ng eksperimento at ang tunay na pagpapatunay ng produksyon. Pinatutunayan din nito na ang hanay ng mga pamamaraan ng disenyo na ito ay magagawa at epektibo.


Oras ng pag-post: Nob-04-2020