Wyślij wiadomość
Aktualności
Do domu > Aktualności > Wiadomości firmowe nt Jak korzystać z optymalizacji parametrów FEM ANSYS i projektowania prawdopodobieństwa ultradźwiękowego rogu spawalniczego
Wydarzenia
Skontaktuj się z nami
86-571-63481280
Skontaktuj się teraz

Jak korzystać z optymalizacji parametrów FEM ANSYS i projektowania prawdopodobieństwa ultradźwiękowego rogu spawalniczego

2020-01-17

Najnowsze wiadomości o Jak korzystać z optymalizacji parametrów FEM ANSYS i projektowania prawdopodobieństwa ultradźwiękowego rogu spawalniczego

Jak korzystać z optymalizacji parametrów FEM ANSYS i projektowania prawdopodobieństwa ultradźwiękowego rogu spawalniczego

Przedmowa

Wraz z rozwojem technologii ultradźwiękowej jej zastosowanie jest coraz szersze, można go stosować do usuwania drobnych cząstek brudu, a także spawania metalu lub plastiku. Zwłaszcza w dzisiejszych produktach z tworzyw sztucznych najczęściej stosuje się spawanie ultradźwiękowe, ponieważ pominięto konstrukcję ślimaka, wygląd może być doskonalszy, a także zapewniona jest funkcja hydroizolacji i pyłoszczelności. Konstrukcja plastikowego rogu spawalniczego ma istotny wpływ na końcową jakość spawania i wydajność produkcji. Przy produkcji nowych liczników elektrycznych fale ultradźwiękowe są używane do łączenia ze sobą górnych i dolnych powierzchni. Jednak podczas użytkowania okazuje się, że niektóre rogi są zainstalowane na maszynie i pękają, a inne awarie występują w krótkim czasie. Niektóre róg spawalniczy Wskaźnik defektów jest wysoki. Różne usterki miały znaczący wpływ na produkcję. Zgodnie ze zrozumieniem dostawcy sprzętu mają ograniczone możliwości projektowania klaksonu i często poprzez powtarzane naprawy w celu osiągnięcia wskaźników projektowych. Dlatego konieczne jest wykorzystanie własnych zalet technologicznych do opracowania trwałego rogu i rozsądnej metody projektowania.

2 Zasada zgrzewania ultradźwiękowego plastiku

Ultradźwiękowe spawanie tworzyw sztucznych jest metodą przetwarzania, która wykorzystuje połączenie tworzyw termoplastycznych w wymuszonych drganiach o wysokiej częstotliwości, a powierzchnie spawalnicze ocierają się o siebie, tworząc miejscowe topienie w wysokiej temperaturze. Aby osiągnąć dobre wyniki spawania ultradźwiękowego, wymagany jest sprzęt, materiały i parametry procesu. Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie do jego zasady.

2.1 Ultradźwiękowy system spawania tworzyw sztucznych

Rysunek 1 jest schematycznym widokiem systemu spawalniczego. Energia elektryczna jest przepuszczana przez generator sygnału i wzmacniacz mocy w celu wytworzenia przemiennego sygnału elektrycznego o częstotliwości ultradźwiękowej (> 20 kHz), który jest przyłożony do przetwornika (ceramika piezoelektryczna). Przez przetwornik energia elektryczna staje się energią drgań mechanicznych, a amplituda drgań mechanicznych jest dostosowywana przez klakson do odpowiedniej amplitudy roboczej, a następnie równomiernie przekazywana do materiału stykającego się z nim przez klakson. Powierzchnie styku dwóch materiałów spawalniczych poddawane są wymuszonym drganiom o wysokiej częstotliwości, a ciepło tarcia generuje lokalne topnienie w wysokiej temperaturze. Po schłodzeniu materiały są łączone w celu uzyskania spawu.

W systemie spawalniczym źródłem sygnału jest część obwodu, która zawiera obwód wzmacniacza mocy, którego stabilność częstotliwości i zdolność sterowania wpływają na wydajność maszyny. Materiał jest termoplastyczny, a konstrukcja powierzchni złącza musi rozważyć, jak szybko wytwarzać ciepło i dokować. Przetworniki, rogi i rogi można uznać za konstrukcje mechaniczne w celu łatwej analizy sprzężenia ich drgań. W spawaniu tworzyw sztucznych wibracje mechaniczne przenoszone są w postaci fal podłużnych. Jak skutecznie przenosić energię i regulować amplitudę, jest głównym punktem projektu.

2.2horn

Klakson służy jako interfejs styku między zgrzewarką ultradźwiękową a materiałem. Jego główną funkcją jest równomierne i wydajne przenoszenie wzdłużnych wibracji mechanicznych wytwarzanych przez wariator na materiał. Stosowanym materiałem jest zwykle wysokiej jakości stop aluminium, a nawet stop tytanu. Ponieważ konstrukcja tworzyw sztucznych bardzo się zmienia, wygląd jest bardzo różny, a klakson musi się odpowiednio zmienić. Kształt powierzchni roboczej powinien być dobrze dopasowany do materiału, aby nie uszkodzić tworzywa sztucznego podczas wibracji; jednocześnie częstotliwość stała drgań wzdłużnych pierwszego rzędu powinna być skoordynowana z częstotliwością wyjściową spawarki, w przeciwnym razie energia wibracji zostanie zużyta wewnętrznie. Kiedy klakson wibruje, występuje lokalna koncentracja naprężeń. Jak zoptymalizować te lokalne struktury, należy również wziąć pod uwagę projekt. W tym artykule opisano, jak zastosować klakson projektowy ANSYS w celu optymalizacji parametrów projektowych i tolerancji produkcyjnych.

Konstrukcja z 3 rogami spawalniczymi

Jak wspomniano wcześniej, konstrukcja rogu spawalniczego jest dość ważna. W Chinach jest wielu dostawców urządzeń ultradźwiękowych, którzy produkują własne rogi spawalnicze, ale znaczna ich część to imitacje, a następnie stale przycinają i testują. Dzięki tej powtarzanej metodzie regulacji osiągana jest koordynacja sygnału dźwiękowego i częstotliwości urządzenia. W tym artykule można zastosować metodę elementów skończonych do określenia częstotliwości przy projektowaniu klaksonu. Wynik testu klaksonu i błąd częstotliwości obliczeniowej wynoszą tylko 1%. Jednocześnie w tym dokumencie przedstawiono koncepcję DFSS (Design For Six Sigma) w celu optymalizacji i solidnej konstrukcji klaksonu. Koncepcja projektu 6-Sigma polega na pełnym zebraniu głosu klienta w procesie projektowania ukierunkowanego; oraz wstępne rozważenie możliwych odchyleń w procesie produkcyjnym w celu zapewnienia, że ​​jakość produktu końcowego jest rozłożona na rozsądnym poziomie. Proces projektowania pokazano na rysunku 2. Począwszy od opracowania wskaźników konstrukcyjnych, konstrukcja i wymiary klaksonu są początkowo projektowane zgodnie z istniejącym doświadczeniem. Model parametryczny jest ustalany w ANSYS, a następnie model jest określany metodą symulacji eksperymentu projektowego (DOE). Ważne parametry, zgodnie z solidnymi wymaganiami, określ wartość, a następnie zastosuj metodę podproblemów, aby zoptymalizować inne parametry. Biorąc pod uwagę wpływ materiałów i parametrów środowiskowych podczas produkcji i użytkowania klaksonu, został on również zaprojektowany z tolerancjami, aby spełnić wymagania dotyczące kosztów produkcji. Wreszcie projekt produkcji, testów i teorii testów oraz rzeczywisty błąd, aby spełnić dostarczone wskaźniki projektowe. Następujące szczegółowe wprowadzenie krok po kroku.

odpowiada 头 头 710

3.1 Projektowanie kształtu geometrycznego (ustanowienie modelu parametrycznego)

Projektowanie rogu spawalniczego najpierw określa jego przybliżony geometryczny kształt i strukturę oraz ustala model parametryczny do późniejszej analizy. Rycina 3 a) przedstawia konstrukcję najczęstszego rogu spawalniczego, w którym szereg rowków w kształcie litery U jest otwieranych w kierunku wibracji na materiale o w przybliżeniu prostopadłościanie. Ogólne wymiary to długości kierunków X, Y i Z, a wymiary boczne X i Y są ogólnie porównywalne z rozmiarem spawanego przedmiotu. Długość Z jest równa połowie długości fali fali ultradźwiękowej, ponieważ w klasycznej teorii drgań częstotliwość osiowa pierwszego rzędu wydłużonego obiektu jest określona przez jego długość, a długość połowy fali jest dokładnie dopasowana do akustyki częstotliwość fali. Ten projekt został przedłużony. Zastosowanie jest korzystne dla rozprzestrzeniania się fal dźwiękowych. Rowek w kształcie litery U ma na celu zmniejszenie utraty drgań bocznych klaksonu. Pozycja, rozmiar i liczba są określane zgodnie z całkowitym rozmiarem klaksonu. Można zauważyć, że w tym projekcie istnieje mniej parametrów, które można dowolnie regulować, dlatego na tej podstawie wprowadziliśmy ulepszenia. Ryc. 3 b) jest nowo zaprojektowanym klaksonem, który ma jeszcze jeden parametr wielkości niż tradycyjny projekt: zewnętrzny promień łuku R. Ponadto rowek jest wygrawerowany na powierzchni roboczej klaksonu, aby współpracował z powierzchnią plastikowego przedmiotu obrabianego, co jest korzystne dla przekazywania energii wibracji i ochrony przedmiotu obrabianego przed uszkodzeniem. Ten model jest rutynowo modelowany parametrycznie w ANSYS, a następnie w kolejnym projekcie eksperymentalnym.

3.2 Projekt eksperymentalny DOE (określenie ważnych parametrów)

DFSS jest stworzony do rozwiązywania praktycznych problemów inżynierskich. Nie dąży do doskonałości, ale jest skuteczny i solidny. Uosabia ideę 6-Sigma, wychwytuje główną sprzeczność i porzuca „99,97%”, jednocześnie wymagając, aby projekt był dość odporny na zmienność środowiska. Dlatego przed optymalizacją parametru docelowego należy go najpierw przesiać, a rozmiar, który ma istotny wpływ na konstrukcję, należy wybrać, a ich wartości należy określić zgodnie z zasadą niezawodności.

3.2.1 Ustawienie parametru DOE i DOE

Parametry projektowe to kształt klaksonu i pozycja rozmiaru rowka w kształcie litery U itp., W sumie osiem. Parametrem docelowym jest częstotliwość drgań osiowych pierwszego rzędu, ponieważ ma ona największy wpływ na spoinę, a maksymalne skoncentrowane naprężenie i różnica amplitudy powierzchni roboczej są ograniczone jako zmienne stanu. Na podstawie doświadczenia zakłada się, że wpływ parametrów na wyniki jest liniowy, więc każdy współczynnik jest ustawiony tylko na dwa poziomy, wysoki i niski. Lista parametrów i odpowiednich nazw jest następująca.

DOE wykonuje się w ANSYS przy użyciu wcześniej ustalonego modelu parametrycznego. Ze względu na ograniczenia oprogramowania, pełny współczynnik DOE może używać tylko do 7 parametrów, podczas gdy model ma 8 parametrów, a analiza wyników DOE przez ANSYS nie jest tak kompleksowa jak profesjonalne oprogramowanie 6-sigma i nie jest w stanie poradzić sobie z interakcją. Dlatego używamy APDL do napisania pętli DOE do obliczenia i wyodrębnienia wyników programu, a następnie umieszczamy dane w programie Minitab do analizy.

3.2.2 Analiza wyników DOE

Analiza DOE programu Minitab jest pokazana na rycinie 4 i obejmuje analizę głównych czynników wpływających oraz analizę interakcji. Główna analiza czynników wpływających jest używana do określenia, które zmiany zmiennych projektowych mają większy wpływ na zmienną docelową, wskazując tym samym, które są ważne zmienne projektowe. Następnie analizuje się interakcję między czynnikami, aby określić poziom czynników i zmniejszyć stopień sprzężenia między zmiennymi projektowymi. Porównaj stopień zmiany innych czynników, gdy współczynnik projektowy jest wysoki lub niski. Zgodnie z niezależnym aksjomatem optymalna konstrukcja nie jest ze sobą sprzężona, więc wybierz poziom, który jest mniej zmienny.

Wyniki analizy rogu spawalniczego w tym dokumencie są następujące: ważnymi parametrami projektowymi są promień łuku zewnętrznego i szerokość szczeliny rogu. Poziom obu parametrów jest „wysoki”, to znaczy promień przyjmuje większą wartość w DOE, a szerokość rowka również przyjmuje większą wartość. Określono ważne parametry i ich wartości, a następnie zastosowano kilka innych parametrów do optymalizacji projektu w ANSYS w celu dostosowania częstotliwości klaksonu do częstotliwości roboczej zgrzewarki. Proces optymalizacji przebiega następująco.

3.3 Optymalizacja parametrów docelowych (częstotliwość klaksonu)

Ustawienia parametrów optymalizacji projektu są podobne do ustawień DOE. Różnica polega na tym, że określono wartości dwóch ważnych parametrów, a pozostałe trzy parametry są związane z właściwościami materiału, które są uważane za hałas i nie mogą być zoptymalizowane. Pozostałe trzy parametry, które można regulować, to położenie osiowe szczeliny, długość i szerokość klaksonu. Optymalizacja wykorzystuje metodę przybliżania podproblemów w ANSYS, która jest szeroko stosowaną metodą w problemach inżynierskich, a konkretny proces jest pomijany.

Warto zauważyć, że używanie częstotliwości jako zmiennej docelowej wymaga niewielkich umiejętności obsługi. Ponieważ istnieje wiele parametrów konstrukcyjnych i szeroki zakres zmian, tryby wibracji klaksonu są różne w interesującym zakresie częstotliwości. Jeżeli wynik analizy modalnej jest stosowany bezpośrednio, trudno jest znaleźć tryb osiowy pierwszego rzędu, ponieważ modalne przeplatanie sekwencji może wystąpić, gdy zmieniają się parametry, to znaczy porządkowa częstotliwość naturalna odpowiadająca pierwotnemu trybowi. Dlatego w niniejszym artykule najpierw przyjęto analizę modalną, a następnie zastosowano metodę superpozycji modalnej w celu uzyskania krzywej odpowiedzi częstotliwościowej. Znalezienie wartości szczytowej krzywej odpowiedzi częstotliwościowej może zapewnić odpowiednią częstotliwość modalną. Jest to bardzo ważne w procesie automatycznej optymalizacji, eliminując potrzebę ręcznego określania modalności.

Po zakończeniu optymalizacji projektowa częstotliwość robocza klaksonu może być bardzo zbliżona do częstotliwości docelowej, a błąd jest mniejszy niż wartość tolerancji określona w optymalizacji. W tym momencie projekt klaksonu jest zasadniczo określany, a następnie tolerancje produkcyjne dla projektu produkcyjnego.

8613_26207

3.4 Projekt tolerancji

Ogólny projekt konstrukcyjny jest zakończony po określeniu wszystkich parametrów projektowych, ale w przypadku problemów inżynieryjnych, szczególnie biorąc pod uwagę koszt produkcji masowej, niezbędne jest zaprojektowanie tolerancji. Koszt niskiej precyzji jest również zmniejszony, ale zdolność do spełnienia wskaźników projektowych wymaga obliczeń statystycznych do obliczeń ilościowych. System projektowania prawdopodobieństwa PDS w ANSYS może lepiej analizować związek między tolerancją parametru projektowego a tolerancją parametru docelowego i może generować kompletne powiązane pliki raportów.

3.4.1 Ustawienia i obliczenia parametrów PDS

Zgodnie z ideą DFSS, analizę tolerancji należy przeprowadzić na ważnych parametrach projektowych, a inne ogólne tolerancje można ustalić empirycznie. Sytuacja w tym artykule jest dość wyjątkowa, ponieważ zgodnie ze zdolnością obróbki, tolerancja produkcyjna parametrów projektu geometrycznego jest bardzo mała i ma niewielki wpływ na końcową częstotliwość klaksonu; podczas gdy parametry surowców są bardzo różne ze względu na dostawców, a cena surowców stanowi ponad 80% kosztów przetwarzania rogu. Dlatego konieczne jest ustawienie rozsądnego zakresu tolerancji dla właściwości materiału. Istotnymi właściwościami materiału są tutaj gęstość, moduł sprężystości i prędkość propagacji fali dźwiękowej.

Analiza tolerancji wykorzystuje losową symulację Monte Carlo w ANSYS do próbkowania metody Latin Hypercube, ponieważ może ona uczynić rozkład punktów próbkowania bardziej jednolitym i rozsądnym oraz uzyskać lepszą korelację o mniejszą liczbę punktów. Ten papier ustawia 30 punktów. Załóżmy, że tolerancje trzech parametrów materiału są rozkładane według Gaussa, początkowo podane jako górna i dolna granica, a następnie obliczane w ANSYS.

3.4.2 Analiza wyników PDS

Poprzez obliczenie PDS podano wartości zmiennych docelowych odpowiadające 30 punktom próbkowania. Rozkład zmiennych docelowych jest nieznany. Parametry są ponownie dopasowywane za pomocą oprogramowania Minitab, a częstotliwość jest zasadniczo rozkładana zgodnie z rozkładem normalnym. Zapewnia to statystyczną teorię analizy tolerancji.

Obliczenia PDS dają wzór dopasowania od zmiennej projektowej do rozszerzenia tolerancji zmiennej docelowej: gdzie y jest zmienną docelową, x jest zmienną projektową, c jest współczynnikiem korelacji, a i jest liczbą zmiennych.

Zgodnie z tym, docelową tolerancję można przypisać do każdej zmiennej projektowej w celu wykonania zadania projektowania tolerancji.

3.5 Weryfikacja eksperymentalna

Przednia część jest procesem projektowania całego rogu spawalniczego. Po zakończeniu surowce są kupowane zgodnie z tolerancjami materiałowymi dopuszczonymi przez projekt, a następnie dostarczane do produkcji. Testy częstotliwości i modalne przeprowadzane są po zakończeniu produkcji, a zastosowana metoda testowa jest najprostszą i najskuteczniejszą metodą testowania snajperskiego. Ponieważ najbardziej zainteresowanym wskaźnikiem jest osiowa częstotliwość modalna pierwszego rzędu, czujnik przyspieszenia jest przymocowany do powierzchni roboczej, a drugi koniec jest uderzany wzdłuż kierunku osiowego, a rzeczywistą częstotliwość klaksonu można uzyskać za pomocą analizy spektralnej. Wynik symulacji projektu wynosi 14925 Hz, wynik testu 14954 Hz, rozdzielczość częstotliwości wynosi 16 Hz, a maksymalny błąd jest mniejszy niż 1%. Można zauważyć, że dokładność symulacji elementu skończonego w obliczeniach modalnych jest bardzo wysoka.

Po przejściu testu eksperymentalnego klakson jest wprowadzany do produkcji i montażu na zgrzewarce ultradźwiękowej. Warunki reakcji są dobre. Prace były stabilne od ponad pół roku, a wskaźnik kwalifikacji spawalniczych jest wysoki, co przekroczyło trzymiesięczny okres użytkowania obiecany przez ogólnego producenta sprzętu. To pokazuje, że projekt się powiódł, a proces produkcji nie był wielokrotnie modyfikowany i dostosowywany, oszczędzając czas i siłę roboczą.

4. Wniosek

Ten artykuł zaczyna się od zasady ultradźwiękowego spawania tworzyw sztucznych, głęboko rozumie techniczne skupienie spawania i proponuje koncepcję projektowania nowego rogu. Następnie skorzystaj z potężnej funkcji symulacyjnej elementu skończonego, aby dokładnie przeanalizować projekt i wprowadź koncepcję projektu 6-Sigma DFSS i kontroluj ważne parametry projektowe za pomocą projektu eksperymentalnego ANSYS DOE i analizy tolerancji PDS, aby uzyskać solidną konstrukcję. Wreszcie, klakson został z powodzeniem wyprodukowany raz, a projekt był uzasadniony na podstawie eksperymentalnego testu częstotliwości i faktycznej weryfikacji produkcji. Dowodzi również, że ten zestaw metod projektowania jest wykonalny i skuteczny.

Wyślij zapytanie bezpośrednio do nas

Polityka prywatności Chiny Dobra jakość Narzędzie do spawania ultradźwiękowego Dostawca. Prawa autorskie © 2020-2024 ultrasonicweldingtool.com . Wszelkie prawa zastrzeżone.