Hoe te om de parameteroptimalisering van wisselmarkt ANSYS en waarschijnlijkheidsontwerp van ultrasoon lassenhoorn te gebruiken

Hoe te om de parameteroptimalisering van wisselmarkt ANSYS en waarschijnlijkheidsontwerp van ultrasoon lassenhoorn te gebruiken

Voorwoord

Met de ontwikkeling van ultrasone technologie, is zijn toepassing meer en meer ruim, kan het worden gebruikt om uiterst kleine vuildeeltjes schoon te maken, en het kan ook voor lassenmetaal of plastiek worden gebruikt. Vooral in de plastic producten van vandaag, wordt het ultrasone lassen meestal gebruikt, omdat de schroefstructuur wordt weggelaten, de verschijning kan meer perfect zijn, en de functie van het waterdicht maken en het dustproofing wordt ook verstrekt. Het ontwerp van de plastic lassenhoorn heeft een belangrijke invloed op de definitieve lassenkwaliteit en de productiecapaciteit. In de productie van nieuwe elektrische meters, worden de ultrasone golven gebruikt om de hogere en lagere gezichten samen te smelten. Nochtans, tijdens gebruik, vindt men dat sommige hoornen op de machine geïnstalleerd en gebarsten zijn en andere mislukkingen komen in een korte periode voor. Één of andere lassenhoorn het tekorttarief is hoog. Diverse fouten hebben een aanzienlijke invloed bij de productie gehad. Volgens het begrip, hebben de materiaalleveranciers ontwerpmogelijkheden voor hoorn, en vaak door herhaalde reparaties beperkt om ontwerpindicatoren te bereiken. Daarom is het noodzakelijk om onze eigen technologische voordelen te gebruiken om duurzame hoorn en een redelijke ontwerpmethode te ontwikkelen.

2 ultrasoon plastic lassenprincipe

Het ultrasone plastic lassen is een verwerkingsprocédé dat de combinatie van thermoplast in de gedwongen trilling met hoge frekwentie, en de oneffenheid van lassenoppervlakten tegen elkaar gebruikt om het lokale smelten op hoge temperatuur te veroorzaken. om goede ultrasoon lassenresultaten te bereiken, worden de uitrusting, de materialen en de procesparameters vereist. Het volgende is een korte inleiding aan zijn principe.

2.1 ultrasoon plastic lassensysteem

Figuur 1 is een schematische mening van een lassensysteem. De elektrische energie wordt overgegaan door de signaalgenerator en de machtsversterker om een afwisselend elektrosignaal van ultrasone frequentie (> kHz 20) te veroorzaken die wordt toegepast op de omvormer (piezoelectric ceramisch). Door de omvormer, wordt de elektrische energie de energie van de mechanische trilling, en de omvang van de mechanische trilling wordt aangepast door de hoorn aan de aangewezen het werk omvang, en aan het materiaal in contact met het door de hoorn uniform dan overgebracht. De contactoppervlakten van de twee lassende materialen worden onderworpen aan gedwongen trilling met hoge frekwentie, en de wrijvinghitte produceert het lokale smelten op hoge temperatuur. Na het koelen, worden de materialen gecombineerd om lassen te bereiken.

In een lassensysteem, is de signaalbron een kringsdeel dat een kring bevat van de machtsversterker waarvan frequentiestabiliteit en het aandrijvingsvermogen de prestaties van de machine beïnvloedt. Het materiaal is thermoplastisch, en het ontwerp van de gezamenlijke oppervlakte moet nadenken hoe te om hitte en dok snel te produceren. De omvormers, de hoornen en de hoornen kunnen allen als mechanische structuren voor gemakkelijke analyse van de koppeling van hun trillingen worden beschouwd. In plastic lassen, wordt de mechanische trilling overgebracht in de vorm van longitudinale golven. Hoe te energie effectief om over te brengen en de omvang aan te passen is de kern van ontwerp.

2.2horn

De hoorn dient als contactinterface tussen de ultrasoon lassenmachine en het materiaal. Zijn hoofdfunctie is de longitudinale mechanische trilling over te brengen outputted door variator gelijk en efficiënt aan het materiaal. Het gebruikte materiaal is gewoonlijk hoog - de legering van het kwaliteitsaluminium of zelfs titaniumlegering. Omdat het ontwerp van kunststoffen een verandert, is de verschijning zeer verschillend, en de hoorn moet dienovereenkomstig veranderen. De vorm van de het werk oppervlakte zou goed met het materiaal moeten worden aangepast, om het plastiek niet zo zo te beschadigen wanneer het trillen; tegelijkertijd, zou de first-order longitudinale trillings stevige frequentie met de outputfrequentie van de lassenmachine moeten worden gecoördineerd, anders intern zal de trillingsenergie worden verbruikt. Wanneer de hoorn trilt, komt de lokale spanningsconcentratie voor. Hoe te om deze lokale structuren te optimaliseren is ook een ontwerpoverweging. Dit artikel onderzoekt hoe te om ANSYS-ontwerphoorn toe te passen om ontwerpparameters en productietolerantie te optimaliseren.

het lassen 3 hoornontwerp

Zoals vroeger vermeld, is het ontwerp van de lassenhoorn vrij belangrijk. Er zijn vele ultrasone materiaalleveranciers in China die hun eigen lassenhoornen produceren, maar een aanzienlijk deel van hen is imitaties, en dan maken zij constant in orde en testen. Door deze herhaalde aanpassingsmethode, worden de coördinatie van hoorn en de materiaalfrequentie bereikt. In dit document, kan de eindige elementenmethode worden gebruikt om de frequentie te bepalen wanneer het ontwerpen van de hoorn. Het resultaat van de hoorntest en de fout van de ontwerpfrequentie zijn slechts 1%. Tegelijkertijd, introduceert dit document het concept DFSS (Ontwerp voor Sigma Zes) om te optimaliseren en robuust ontwerp van hoorn. Het concept 6-sigma ontwerp moet de stem van de klant in het ontwerpproces voor gericht ontwerp volledig verzamelen; en pre-overweging van mogelijke afwijkingen in het productieproces om ervoor te zorgen dat de kwaliteit van het eindproduct binnen een redelijk niveau wordt verdeeld. Het ontwerpproces wordt getoond in Figuur 2. Beginnend van de ontwikkeling van de ontwerpindicatoren, worden de structuur en de afmetingen van de hoorn aanvankelijk ontworpen volgens de bestaande ervaring. Het parametrische model wordt gevestigd in ANSYS, en dan wordt het model bepaald door het ontwerp (DOE) methode de van het simulatieexperiment. De belangrijke parameters, volgens de robuuste vereisten, bepaalt de waarde, en gebruiken dan de deelprobleemmethode om andere parameters te optimaliseren. Rekening houdend met de invloed van materialen en milieuparameters tijdens de vervaardiging en het gebruik van de hoorn, is het ook ontworpen met tolerantie om aan de vereisten van productiekosten te voldoen. Tot slot ontwerpen de productie, de test en de testtheorie en daadwerkelijke fout, om de ontwerpindicatoren te ontmoeten die worden geleverd. De volgende geleidelijke gedetailleerde inleiding.

3.1 geometrisch vormontwerp die (een parametrisch model vestigen)

Het ontwerpen van de lassenhoorn bepaalt eerst zijn benaderende geometrische vorm en structuur en vestigt een parametrisch model voor verdere analyse. Figuur 3 a) is het ontwerp van de gemeenschappelijkste lassenhoorn, waarin een aantal U-vormige groeven in de richting van trilling op een materiaal van ongeveer kubusvormig worden geopend. De algemene afmetingen zijn de lengten van de richtingen van X, van Y, en z-, en de zijafmetingen X en Y zijn over het algemeen vergelijkbaar met de grootte van het werkstuk die worden gelast. De lengte van Z is gelijk aan de halve golflengte van de ultrasone golf, omdat in de klassieke trillingstheorie, de first-order asfrequentie van het verlengde voorwerp door zijn lengte wordt bepaald, en de half-wave lengte wordt precies aangepast met de akoestische golffrequentie. Dit ontwerp is uitgebreid. Het gebruik, is voordelig aan de verspreiding van correcte golven. Het doel van de U-vormige groef is het verlies van zijtrilling van de hoorn te verminderen. De positie, de grootte en het aantal worden bepaald volgens de totale grootte van de hoorn. Men kan zien dat in dit ontwerp, er minder parameters zijn die vrij kunnen worden geregeld, zodat hebben wij verbeteringen op deze basis gemaakt. Figuur 3 B) is een onlangs ontworpen hoorn die één meer grootteparameter dan het traditionele ontwerp heeft: de buitenboogstraal R. Bovendien is de groef gegraveerd op de het werk oppervlakte van de hoorn om met de oppervlakte van het plastic werkstuk samen te werken, dat voordelig is om trillingsenergie over te brengen en het werkstuk te beschermen tegen schade. Dit model wordt uit routine parametrisch gemodelleerd in ANSYS, en toen het volgende experimentele ontwerp.

3.2 DOE experimenteel ontwerp (bepaling van belangrijke parameters)

DFSS wordt gecreeerd om praktische techniekproblemen op te lossen. Het streeft geen perfectie na, maar is efficiënt en robuust. Het neemt het idee van 6-sigma op, vangt de belangrijkste tegenspraak, en verlaat „99,97%“, terwijl vrij bestand het vereisen van het ontwerp om tegen milieuveranderlijkheid te zijn. Daarom alvorens de optimalisering van de doelparameter te maken, zou het eerst moeten worden onderzocht, en de grootte die een belangrijke invloed op de structuur heeft zou moeten worden geselecteerd, en hun waarden zouden volgens het robuustheidsprincipe moeten worden bepaald.

3.2.1 DOE parameter het plaatsen en DOE

De ontwerpparameters zijn de hoornvorm en de groottepositie van de U-vormige groef, enz., een totaal van acht. De doelparameter is de first-order astrillingsfrequentie omdat het de grootste invloed op de las heeft, en de maximum geconcentreerde spanning en het verschil in de het werk oppervlakteomvang zijn beperkt als variabelen van de staat. Gebaseerd op ervaring, veronderstelt men dat het effect van de parameters op de resultaten lineair is, zodat is elke factor slechts plaatste aan twee niveaus, hoog en laag. De lijst van parameters en overeenkomstige namen is als volgt.

DOE wordt uitgevoerd in ANSYS gebruikend het eerder gevestigde parametrische model. wegens software kunnen de beperkingen, volledig-factorendoe tot 7 parameters slechts gebruiken, terwijl het model 8 parameters heeft, en de analyse van ANSYS van DOE resultaten is niet zo uitvoerig zoals professionele 6 sigmasoftware, en kan geen interactie behandelen. Daarom gebruiken wij APDL om een DOE lijn te schrijven om de resultaten van het programma te berekenen en te halen, en dan de gegevens te zetten in Minitab voor analyse.

3.2.2 analyse van DOE resultaten

DOE van Minitab de analyse wordt getoond in Figuur 4 en omvat de leiding beïnvloedend factorenanalyse en interactieanalyse. De leiding die factorenanalyse beïnvloeden wordt gebruikt om welke ontwerp veranderlijke veranderingen een grotere invloed op de doelvariabele hebben, daardoor te bepalen het wijzen van op welke belangrijke ontwerpvariabelen zijn. De interactie tussen de factoren wordt dan geanalyseerd om het niveau van de factoren te bepalen en de graad van koppeling tussen de ontwerpvariabelen te verminderen. Vergelijk de graad van verandering van andere factoren wanneer een ontwerpfactor hoog of laag is. Volgens het onafhankelijke axioma, wordt het optimale ontwerp niet gekoppeld aan elkaar, kies zo het niveau dat minder veranderlijk is.

De analyseresultaten van de lassenhoorn in dit document zijn: de belangrijke ontwerpparameters zijn de buitenboogstraal en de groefbreedte van de hoorn. Het niveau van beide parameters is „hoog“, d.w.z., de straal neemt een grotere waarde in DOE, en de groefbreedte neemt ook een grotere waarde. De belangrijke parameters en hun waarden werden bepaald, en toen werden verscheidene andere parameters gebruikt om het ontwerp in ANSYS te optimaliseren om de hoornfrequentie aan te passen om de werkende frequentie van de lassenmachine aan te passen. Het optimaliseringsproces is als volgt.

3.3 de optimalisering van de doelparameter (hoornfrequentie)

De parametermontages van de ontwerpoptimalisering zijn gelijkaardig aan die van DOE. Het verschil is dat de waarden van twee belangrijke parameters zijn bepaald, en de andere drie parameters zijn verwant met de materiële eigenschappen, die als lawaai worden beschouwd en niet kunnen worden geoptimaliseerd. De resterende drie parameters die kunnen worden aangepast zijn de aspositie van de groef, de lengte en de hoornbreedte. De optimalisering gebruikt de methode van de deelprobleembenadering in ANSYS, die een wijd gebruikte methode in techniekproblemen is, en het specifieke proces wordt weggelaten.

Het is opmerkend de moeite waard dat het gebruiken van frequentie als doelvariabele een kleine vaardigheid in verrichting vereist. Omdat er vele ontwerpparameters en een brede waaier van variatie zijn, zijn de trillingswijzen van de hoorn velen in het frequentiegebied van belang. Als het resultaat van modale analyse direct wordt gebruikt, is het moeilijk om de first-order aswijze te vinden, omdat het modale opeenvolging doorschieten kan voorkomen wanneer de parametersverandering, d.w.z., het natuurlijke frequentie rangschikkende beantwoorden aan de originele wijze verandert. Daarom keurt dit document de modale analyse goed eerst, en gebruikt dan de modale superpositionmethode om de weergavekarakteristiekkromme te verkrijgen. Door de piekwaarde van de weergavekarakteristiekkromme te vinden, kan het de overeenkomstige modale frequentie verzekeren. Dit is zeer belangrijk in het automatische optimaliseringsproces, die de behoefte elimineren de modaliteit manueel om te bepalen.

Nadat de optimalisering wordt voltooid, kan de ontwerp het werk frequentie van de hoorn aan de doelfrequentie zeer dicht zijn, en die de fout is minder dan de tolerantiewaarde in de optimalisering wordt gespecificeerd. Op dit punt, is het hoornontwerp fundamenteel bepaald, gevolgd door productietolerantie voor productieontwerp.

3.4 tolerantieontwerp

Het algemene structurele ontwerp wordt voltooid nadat alle ontwerpparameters zijn bepaald, maar voor techniekproblemen, vooral wanneer het overwegen van de kosten van massaproduktie, is het tolerantieontwerp essentieel. De kosten van lage precisie worden ook gedrukt, maar de capaciteit om ontwerpmetriek te ontmoeten vereist statistische berekeningen voor kwantitatieve berekeningen. Het PDS Systeem van het Waarschijnlijkheidsontwerp in ANSYS kan het verband tussen de tolerantie van de ontwerpparameter en de tolerantie van de doelparameter beter analyseren, en kan volledige verwante rapportdossiers produceren.

3.4.1 PDS parametermontages en berekeningen

Volgens het DFSS-idee, zou de tolerantieanalyse op belangrijke ontwerpparameters moeten worden uitgevoerd, en andere algemene tolerantie kan empirisch worden bepaald. De situatie in dit document is vrij speciaal, omdat volgens de capaciteit van het machinaal bewerken, de productietolerantie van geometrisch ontwerpparameters zeer klein, is en weinig effect op de definitieve hoornfrequentie heeft; terwijl de parameters van grondstoffen zeer verschillende toe te schrijven aan leveranciers zijn, en de prijs van grondstoffen van meer dan 80% van de kosten van de hoornverwerking rekenschap geeft. Daarom is het noodzakelijk om een redelijke tolerantiewaaier voor de materiële eigenschappen te plaatsen. De relevante materiële eigenschappen zijn hier dichtheid, modulus van elasticiteit en snelheid van correcte golfpropagatie.

De tolerantieanalyse gebruikt de willekeurige simulatie van Monte Carlo in ANSYS om de Latijnse Hypercube-methode te bemonsteren omdat het de distributie van bemonsteringspunten meer eenvormig en kan redelijk maken, en betere correlatie verkrijgen door minder punten. Dit document plaatst 30 punten. Veronderstel dat de tolerantie van de drie materiële parameters volgens Gauss, aanvankelijk gezien een bovenleer en een ondergrens, wordt verdeeld en dan in ANSYS berekend.

3.4.2 analyse van PDS resultaten

Door de berekening van PDS, worden de doel veranderlijke waarden die aan 30 bemonsteringspunten beantwoorden gegeven. De distributie van de doelvariabelen is onbekend. De parameters worden gepast opnieuw gebruikend Minitab-software, en de frequentie is fundamenteel verdeeld volgens de normale distributie. Dit verzekert de statistische theorie van tolerantieanalyse.

De PDS berekening geeft een montageformule van de ontwerpvariabele aan de tolerantieuitbreiding van de doelvariabele: waar y de doelvariabele is, is x de ontwerpvariabele, is c de correlatiecoëfficiënt, en ik ben het veranderlijke aantal.

Volgens dit, kan de doeltolerantie aan elke ontwerpvariabele worden toegewezen om de taak van tolerantieontwerp te voltooien.

3.5 experimentele controle

Het voordeel is het ontwerpproces van de volledige lassenhoorn. Na de voltooiing, worden de grondstoffen gekocht volgens de materiële tolerantie toegestaan die door het ontwerp, en dan aan de productie wordt geleverd. De frequentie en het modale testen worden uitgevoerd nadat de productie wordt voltooid, en de gebruikte testmethode is de eenvoudigste en meest efficiënte sluipschuttertestmethode. Omdat de meest betrokken index de first-order as modale frequentie is, is de versnellingssensor in bijlage aan de het werk oppervlakte, en het andere eind wordt geslagen langs de asrichting, en de daadwerkelijke frequentie van de hoorn kan door spectrale analyse worden verkregen. Het simulatieresultaat van het ontwerp is 14925 Herz, is het testresultaat 14954 Herz, is de frequentieresolutie 16 Herz, en de maximumfout is minder dan 1%. Men kan zien dat de nauwkeurigheid van de eindige elementensimulatie in de modale berekening zeer hoog is.

Na het overgaan van de experimentele test, wordt de hoorn gezet in productie en assemblage over de ultrasoon lassenmachine. De reactievoorwaarde is goed. Het werk is stabiel voor meer dan een half jaar geweest, en het tarief van de lassenkwalificatie is hoog, wat de levensduur overschreden heeft van drie maanden die door de algemene materiaalfabrikant wordt beloofd. Dit toont aan dat het ontwerp succesvol is, en het productieproces is niet herhaaldelijk gewijzigd en aangepast, reddend tijd en arbeidskrachten.

4 conclusie

Dit document begint met het principe van ultrasoon plastic lassen, begrijpt diep de technische nadruk van lassen, en stelt het ontwerpconcept nieuwe hoorn voor. Dan gebruik de krachtige simulatiefunctie van eindig element om het ontwerp te analyseren concreet, en introduceer het 6-sigma ontwerpidee van DFSS, en controleer de belangrijke ontwerpparameters door ANSYS-DOE experimentele ontwerp en PDS tolerantieanalyse om robuust ontwerp te bereiken. Tot slot werd de hoorn met succes eens vervaardigd, en het ontwerp was redelijk door de experimentele frequentietest en de daadwerkelijke productiecontrole. Het bewijst ook dat deze reeks ontwerpmethodes uitvoerbaar en efficiënt is.