naidheachdan

nd26751326-how_to_use_fem_ansys_parameter_optimization_and_probability_design_of_ultrasonic_welding_horn

Ro-ràdh

Le leasachadh teicneòlas ultrasonic, tha an tagradh aige nas motha agus nas fharsainge, faodar a chleachdadh gus mìrean salchar beag bìodach a ghlanadh, agus faodar a chleachdadh cuideachd airson tàthadh meatailt no plastaig. Gu sònraichte ann am bathar plastaig an latha an-diugh, tha tàthadh ultrasonic air a chleachdadh sa mhòr-chuid, seach gu bheil structar an sgriubha air fhàgail às, faodaidh an coltas a bhith nas foirfe, agus tha gnìomh dìon-uisge agus dìon-dust air a thoirt seachad cuideachd. Tha buaidh chudromach aig dealbhadh an adharc tàthaidh plastaig air càileachd tàthaidh deireannach agus comas cinneasachaidh. Ann a bhith a ’dèanamh meatairean dealain ùra, thathas a’ cleachdadh tonnan ultrasonic gus na h-aghaidhean àrda is ìosal a leaghadh còmhla. Ach, rè a chleachdadh, lorgar gu bheil cuid de adhaircean air an cur a-steach air an inneal agus air an sgoltadh agus bidh fàillidhean eile a ’tachairt ann an ùine ghoirid. Cuid de adharc tàthaidh Tha an ìre locht àrd. Tha diofar sgàinidhean air buaidh mhòr a thoirt air cinneasachadh. A rèir an tuigse, tha comasan dealbhaidh cuibhrichte aig solaraichean uidheamachd airson adharc, agus gu tric tro chàradh a-rithist gus comharran dealbhaidh a choileanadh. Mar sin, feumar na buannachdan teicneòlais againn fhèin a chleachdadh gus adharc seasmhach agus dòigh dealbhaidh reusanta a leasachadh.

2 Prionnsapal tàthadh plastaig ultrasonach

Tha tàthadh plastaig ultrasonach na dhòigh giollachd a bhios a ’cleachdadh measgachadh de thermoplastics anns a’ chreathadh èignichte àrd-tricead, agus bidh na h-uachdaran tàthaidh a ’suathadh an aghaidh a chèile gus leaghadh àrd-teodhachd ionadail a dhèanamh. Gus deagh thoraidhean tàthaidh ultrasonic a choileanadh, tha feum air uidheamachd, stuthan agus paramadairean pròiseas. Tha na leanas na ro-ràdh goirid mun phrionnsapal aige.

2.1 Siostam tàthaidh plastaig ultrasonach

Tha Figear 1 na shealladh sgeamaigeach de shiostam tàthaidh. Tha an lùth dealain a ’dol tron ​​ghineadair chomharran agus an amplifier cumhachd gus comharra dealain eileagtronaigeach de tricead ultrasonic (> 20 kHz) a thoirt gu buil a tha air a chuir an sàs anns an transducer (piezoelectric ceramic). Tron transducer, bidh an lùth dealain gu bhith na lùth aig a ’chreathadh meacanaigeach, agus tha leud an crathadh meacanaigeach air atharrachadh leis an adharc chun an leud obrach iomchaidh, agus an uairsin air a ghluasad gu co-ionnan chun stuth a tha ann an conaltradh ris tron ​​adharc. Bidh uachdar conaltraidh an dà stuth tàthaidh fo ùmhlachd crathadh èiginneach àrd-tricead, agus bidh an teas frithidh a ’gineadh leaghadh àrd-theodhachd ionadail. An dèidh fuarachadh, tha na stuthan air an cur còmhla gus tàthadh a choileanadh.

Ann an siostam tàthaidh, tha an stòr chomharran na phàirt cuairteachaidh anns a bheil cuairteachadh amplifier cumhachd aig a bheil seasmhachd tricead agus comas dràibhidh a ’toirt buaidh air coileanadh an inneil. Tha an stuth thermoplastic, agus feumaidh dealbhadh an uachdar co-phàirteach beachdachadh air mar a ghineadh teas is doca gu luath. Faodar beachdachadh air transducers, adhaircean agus adhaircean mar structaran meacanaigeach airson mion-sgrùdadh furasta a dhèanamh air ceangal nan crith. Ann an tàthadh plastaig, tha crathadh meacanaigeach air a ghluasad ann an cruth tonnan fada. Is e mar as urrainn dhut lùth a ghluasad gu h-èifeachdach agus an leudachd atharrachadh.

2.2horn

Tha an adharc a ’frithealadh mar an eadar-aghaidh conaltraidh eadar an inneal tàthaidh ultrasonic agus an stuth. Is e a phrìomh obair a bhith a ’toirt a-mach an crathadh meacanaigeach fadalach a bheir an variator a-mach gu cothromach agus gu h-èifeachdach chun stuth. Mar as trice is e an stuth a thathar a ’cleachdadh alloy alùmanum àrd-inbhe no eadhon titanium alloy. Leis gu bheil dealbhadh stuthan plastaig ag atharrachadh mòran, tha an coltas gu math eadar-dhealaichte, agus feumaidh an adharc atharrachadh a rèir sin. Bu chòir cumadh an uachdar obrach a bhith air a mhaidseadh gu math leis an stuth, gus nach dèan e cron air a ’phlastaig nuair a bhios e a’ crith; aig an aon àm, bu chòir tricead cruaidh crathadh fad-ùine a ’chiad òrdugh a cho-òrdanachadh le tricead toraidh an inneal tàthaidh, air dhòigh eile thèid an lùth crathaidh a chaitheamh a-staigh. Nuair a bhios an adharc a ’crith, bidh dùmhlachd cuideam ionadail a’ tachairt. Is e beachdachadh dealbhaidh a tha ann cuideachd air na structaran ionadail sin a bharrachadh. Tha an artaigil seo a ’sgrùdadh mar a chuireas tu adharc dealbhaidh ANSYS an sàs gus paramadairean dealbhaidh agus fulangas saothrachaidh a bharrachadh.

3 dealbhadh adharc tàthaidh

Mar a chaidh a ràdh roimhe, tha dealbhadh an adharc tàthaidh gu math cudromach. Tha mòran sholaraichean uidheamachd ultrasonic ann an Sìona a bhios a ’dèanamh na h-adharcan tàthaidh aca fhèin, ach tha pàirt mhòr dhiubh nan ìomhaighean, agus an uairsin bidh iad an-còmhnaidh a’ trimadh agus a ’dèanamh deuchainn. Tron dòigh atharrachaidh cunbhalach seo, tha co-òrdanachadh adharc agus tricead uidheamachd air a choileanadh. Anns a ’phàipear seo, faodar an dòigh eileamaid chrìochnaichte a chleachdadh gus tricead a dhearbhadh nuair a bhios tu a’ dealbhadh an adharc. Chan eil toradh deuchainn adharc agus mearachd tricead dealbhaidh ach 1%. Aig an aon àm, tha am pàipear seo a ’toirt a-steach bun-bheachd DFSS (Design For Six Sigma) gus dealbhadh adharc a bharrachadh agus làidir. Is e bun-bheachd dealbhadh 6-Sigma guth an neach-ceannach a chruinneachadh gu h-iomlan anns a ’phròiseas dealbhaidh airson dealbhadh cuimsichte; agus ro-bheachdachadh air gluasadan a dh’fhaodadh a bhith sa phròiseas toraidh gus dèanamh cinnteach gu bheil càileachd an toraidh dheireannaich air a chuairteachadh taobh a-staigh ìre reusanta. Tha am pròiseas dealbhaidh air a shealltainn ann am Figear 2. A ’tòiseachadh bho leasachadh nan comharran dealbhaidh, tha structar agus tomhasan na h-adharc air an dealbhadh an toiseach a rèir an eòlas a th’ ann. Tha am modail parametric air a stèidheachadh ann an ANSYS, agus an uairsin tha am modail air a dhearbhadh leis an dòigh dealbhaidh deuchainn samhlachaidh (DOE). Bidh paramadairean cudromach, a rèir nan riatanasan làidir, a ’dearbhadh an luach, agus an uairsin a’ cleachdadh an dòigh fo-dhuilgheadas gus paramadairean eile a bharrachadh. A ’toirt aire do bhuaidh stuthan agus paramadairean àrainneachdail ann a bhith a’ dèanamh agus a ’cleachdadh an adharc, chaidh a dhealbhadh cuideachd le fulangas gus coinneachadh ri riatanasan cosgaisean saothrachaidh. Mu dheireadh, an dealbhadh teòiridh saothrachaidh, deuchainn agus deuchainn agus fìor mhearachd, gus coinneachadh ris na comharran dealbhaidh a tha air an lìbhrigeadh. An ro-ràdh mionaideach ceum air cheum a leanas.

20200117113651_36685

3.1 Dealbhadh cumadh geoimeatrach (a ’stèidheachadh modail parametric)

Bidh dealbhadh an adharc tàthaidh an toiseach a ’dearbhadh a chruth agus a structar geoimeatrach tuairmseach agus a’ stèidheachadh modail parametric airson mion-sgrùdadh às deidh sin. Is e Figear 3 a) dealbhadh an adharc tàthaidh as cumanta, anns a bheil grunn de chrògan cumadh U air am fosgladh a thaobh crathadh air stuth timcheall air ciùbaid. Is e na tomhasan iomlan faid nan stiùiridhean X, Y, agus Z, agus tha na tomhasan taobhach X agus Y sa chumantas an coimeas ri meud a ’phìos obrach a tha gan tàthadh. Tha fad Z co-ionann ri leth tonn-tonn na tonn ultrasonic, oir anns an teòiridh crathaidh clasaigeach, tha tricead axial ciad-òrdugh an nì fadaichte air a dhearbhadh a rèir an fhaid, agus tha fad an leth-tonn co-ionann ris an fhuaimneach. tricead tonn. Chaidh an dealbhadh seo a leudachadh. Tha cleachdadh, buannachdail do sgaoileadh tonnan fuaim. Is e adhbhar an groove cumadh U a bhith a ’lughdachadh call crathadh taobhach air an adharc. Tha suidheachadh, meud agus àireamh air an co-dhùnadh a rèir meud iomlan an adhairc. Chìthear, anns an dealbhadh seo, gu bheil nas lugha de pharamadairean ann a ghabhas riaghladh gu saor, agus mar sin tha sinn air leasachaidhean a dhèanamh air a ’bhunait seo. Tha Figear 3 b) na adharc air a dhealbhadh às ùr aig a bheil aon pharamadair meud nas motha na an dealbhadh traidiseanta: radius an arc a-muigh R. A bharrachd air an sin, tha an groove air a ghràbhaladh air uachdar obrach na h-adharc gus co-obrachadh le uachdar a ’phìos obrach plastaig, a tha buannachdail gus lùth crathaidh a thar-chuir agus an obair a dhìon bho mhilleadh. Tha am modail seo air a mhodaladh gu riaghailteach ann an ANSYS, agus an uairsin an ath dhealbhadh deuchainneach.

3.2 Dealbhadh deuchainneach DOE (dearbhadh paramadairean cudromach)

Tha DFSS air a chruthachadh gus fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan innleadaireachd practaigeach. Chan eil e a ’leantainn foirfeachd, ach tha e èifeachdach agus làidir. Tha e a ’toirt a-steach a’ bheachd air 6-Sigma, a ’glacadh a’ phrìomh contrarrachd, agus a ’leigeil seachad“ 99.97% ”, fhad’ s a tha e ag iarraidh gum bi an dealbhadh gu math seasmhach an aghaidh caochlaidheachd àrainneachd. Mar sin, mus dèan thu am optimization paramadair targaid, bu chòir a bhith air a sgrìobadh an toiseach, agus bu chòir am meud aig a bheil buaidh chudromach air an structar a thaghadh, agus bu chòir na luachan aca a dhearbhadh a rèir prionnsapal neart.

3.2.1 suidheachadh paramadair DOE agus DOE

Is e na paramadairean dealbhaidh cumadh adharc agus suidheachadh meud an groove cumadh U, msaa, ochd gu h-iomlan. Is e am paramadair targaid an tricead crathaidh axial aig a ’chiad òrdugh oir tha a’ bhuaidh as motha aige air an t-weld, agus tha an cuideam tiugh as motha agus an eadar-dhealachadh ann am meud an uachdar obrach cuingealaichte mar caochladairean stàite. Stèidhichte air eòlas, thathas a ’gabhail ris gu bheil buaidh nam paramadairean air na toraidhean sreathach, agus mar sin chan eil gach factar air a shuidheachadh ach gu dà ìre, àrd agus ìosal. Tha an liosta de pharamadairean agus ainmean co-fhreagarrach mar a leanas.

Tha DOE air a chluich ann an ANSYS a ’cleachdadh a’ mhodail parametric a chaidh a stèidheachadh roimhe. Air sgàth cuingealachaidhean bathar-bog, chan urrainn do DOE làn-fhactar ach suas ri 7 paramadairean a chleachdadh, fhad ‘s a tha 8 paramadairean aig a’ mhodail, agus chan eil mion-sgrùdadh ANSYS air toraidhean DOE cho coileanta ri bathar-bog 6-sigma proifeasanta, agus chan urrainn dha eadar-obrachadh a làimhseachadh. Mar sin, bidh sinn a ’cleachdadh APDL gus lùb DOE a sgrìobhadh gus toraidhean a’ phrògraim obrachadh a-mach agus a thoirt a-mach, agus an uairsin cuir an dàta gu Minitab airson mion-sgrùdadh.

3.2.2 Mion-sgrùdadh air toraidhean DOE

Tha mion-sgrùdadh DOE aig Minitab air a shealltainn ann am Figear 4 agus tha e a ’toirt a-steach prìomh sgrùdadh factaran buaidh agus mion-sgrùdadh eadar-obrachadh. Bithear a ’cleachdadh a’ phrìomh sgrùdadh factaran buaidh gus faighinn a-mach dè na h-atharrachaidhean caochlaideach dealbhaidh a bheir buaidh nas motha air an caochladair targaid, mar sin a ’nochdadh dè na caochladairean dealbhaidh cudromach. Tha an eadar-obrachadh eadar na factaran an uairsin air a sgrùdadh gus ìre nam factaran a dhearbhadh agus gus an ìre de cheangal eadar na caochladairean dealbhaidh a lughdachadh. Dèan coimeas eadar an ìre atharrachaidh de fhactaran eile nuair a tha factar dealbhaidh àrd no ìosal. A rèir an axiom neo-eisimeileach, chan eil an dealbhadh as fheàrr air a cheangal ri chèile, mar sin tagh an ìre nach eil cho caochlaideach.

Is iad toraidhean anailis an adharc tàthaidh sa phàipear seo: is e na paramadairean dealbhaidh cudromach radius an arc a-muigh agus leud slot an adharc. Tha ìre an dà pharamadair “àrd”, is e sin, tha an radius a ’toirt luach nas motha anns an DOE, agus tha leud an groove cuideachd a’ toirt luach nas motha. Chaidh na paramadairean cudromach agus na luachan aca a dhearbhadh, agus an uairsin chaidh grunn pharaimearan eile a chleachdadh gus an dealbhadh as fheàrr a dhèanamh ann an ANSYS gus tricead an adhairc atharrachadh gus a bhith a rèir tricead obrachaidh an inneal tàthaidh. Tha am pròiseas optimization mar a leanas.

3.3 Optimization paramadair targaid (tricead adharc)

Tha na roghainnean paramadair aig an dealbhadh optimization coltach ri roghainnean an DOE. Is e an eadar-dhealachadh gu bheil luachan dà pharamadair cudromach air an co-dhùnadh, agus tha na trì paraimearan eile co-cheangailte ris na feartan stuthan, a tha air am faicinn mar fhuaim agus nach gabh an toirt gu ìre. Is e na trì paramadairean a tha air fhàgail a ghabhas atharrachadh suidheachadh axial an t-slot, an fhaid agus leud an adhairc. Bidh an optimization a ’cleachdadh an dòigh tuairmseach subproblem ann an ANSYS, a tha na dhòigh air a chleachdadh gu farsaing ann an duilgheadasan innleadaireachd, agus tha am pròiseas sònraichte air fhàgail às.

Is fhiach a bhith mothachail gu feum a bhith a ’cleachdadh tricead mar an caochladair targaid beagan sgil ann an gnìomh. Leis gu bheil mòran de pharaimearan dealbhaidh agus raon farsaing de dh ’eadar-dhealachadh ann, tha modhan crathaidh an adharc mòran anns an raon ùidh tricead. Ma thèid toradh mion-sgrùdadh modal a chleachdadh gu dìreach, tha e duilich am modh axial ciad-òrdugh a lorg, oir dh ’fhaodadh an t-sreath modal eadar-fhighe tachairt nuair a dh’ atharraicheas na paramadairean, is e sin, bidh an òrdugh tricead nàdarra a tha a ’freagairt ris a’ mhodh tùsail ag atharrachadh. Mar sin, bidh am pàipear seo a ’gabhail ris an anailis modal an toiseach, agus an uairsin a’ cleachdadh an dòigh superposition modal gus an lùb freagairt tricead fhaighinn. Le bhith a ’lorg luach stùc an lùb freagairt tricead, faodaidh e dèanamh cinnteach à tricead modal co-fhreagarrach. Tha seo glè chudromach anns a ’phròiseas optimization fèin-ghluasadach, a’ cur às don fheum air modhalachd a dhearbhadh le làimh.

Às deidh an optimization a bhith air a chrìochnachadh, faodaidh tricead obrach dealbhaidh an adharc a bhith gu math faisg air tricead an targaid, agus tha an mearachd nas lugha na an luach fulangas a chaidh a shònrachadh anns an optimization. Aig an ìre seo, tha dealbhadh an adhairc air a dhearbhadh gu bunaiteach, air a leantainn le fulangas saothrachaidh airson dealbhadh cinneasachaidh.

20200117113652_29938

3.4 Dealbhadh fulangas

Tha an dealbhadh structarail coitcheann air a chrìochnachadh às deidh a h-uile paramadair dealbhaidh a dhearbhadh, ach airson duilgheadasan innleadaireachd, gu sònraichte nuair a thathas a ’beachdachadh air cosgais cinneasachadh mòr, tha dealbhadh fulangas riatanach. Tha cosgais mionaideachd ìosal air a lughdachadh cuideachd, ach feumaidh an comas coinneachadh ri tomhasan dealbhaidh àireamhachadh staitistigeil airson àireamhachadh cainneachdail. Faodaidh Siostam Dealbhaidh Comasachd PDS ann an ANSYS sgrùdadh nas fheàrr a dhèanamh air a ’cheangal eadar fulangas paramadair dealbhaidh agus fulangas paramadair targaid, agus faodaidh e faidhlichean aithisg iomlan co-cheangailte a ghineadh.

3.4.1 Roghainnean paramadair PDS agus àireamhachadh

A rèir beachd DFSS, bu chòir mion-sgrùdadh fulangas a dhèanamh air paramadairean dealbhaidh cudromach, agus faodar fulangas coitcheann eile a dhearbhadh gu h-ìmpireil. Tha an suidheachadh sa phàipear seo gu math sònraichte, oir a rèir comas innealachaidh, tha fulangas saothrachaidh paramadairean dealbhaidh geoimeatrach glè bheag, agus chan eil mòran buaidh aige air tricead deireannach an adhairc; ged a tha paramadairean stuthan amh gu math eadar-dhealaichte mar thoradh air solaraichean, agus tha prìs stuthan amh a ’dèanamh suas còrr air 80% de chosgaisean giullachd adharc. Mar sin, feumar raon fulangas reusanta a shuidheachadh airson na togalaichean stuthan. Is e na feartan stuthan buntainneach an seo dùmhlachd, modal elasticity agus astar iomadachadh tonn fuaim.

Bidh mion-sgrùdadh fulangas a ’cleachdadh atharrais air thuaiream Monte Carlo ann an ANSYS gus sampla a dhèanamh den dòigh Latin Hypercube oir is urrainn dha cuairteachadh puingean samplachaidh a dhèanamh nas èideadh agus reusanta, agus co-dhàimh nas fheàrr fhaighinn le nas lugha de phuingean. Tha am pàipear seo a ’suidheachadh 30 puingean. Gabh ris gu bheil fulangas nan trì paramadairean stuthan air an sgaoileadh a rèir Gauss, an toiseach a ’faighinn crìoch àrd is ìosal, agus an uairsin air a thomhas ann an ANSYS.

3.4.2 Mion-sgrùdadh air toraidhean PDS

Tro bhith a ’tomhas PDS, tha na luachan caochlaideach targaid a’ freagairt ri 30 puingean samplachaidh air an toirt seachad. Chan eil fios mu sgaoileadh nan caochladairean targaid. Tha na paramadairean air an uidheamachadh a-rithist le bhith a ’cleachdadh bathar-bog Minitab, agus tha an tricead air a chuairteachadh gu bunaiteach a rèir an cuairteachaidh àbhaisteach. Bidh seo a ’dèanamh cinnteach à teòiridh staitistigeil mion-sgrùdadh fulangas.

Tha an àireamhachadh PDS a ’toirt foirmle iomchaidh bhon caochladair dealbhaidh gu leudachadh fulangas an caochladair targaid: far a bheil y an caochladair targaid, is e x an caochladair dealbhaidh, is e c an co-èifeachd co-dhàimh, agus is i an àireamh caochlaideach.

A rèir seo, faodar an fhulangas targaid a shònrachadh do gach caochladair dealbhaidh gus crìoch a chur air dealbhadh dealbhadh fulangas.

3.5 Dearbhadh deuchainneach

Is e am pàirt aghaidh pròiseas dealbhaidh an adharc tàthaidh gu lèir. Às deidh an crìochnachadh, bidh na stuthan amh air an ceannach a rèir na fulangas stuthan a tha ceadaichte leis an dealbhadh, agus an uairsin air an lìbhrigeadh don t-saothrachadh. Thathas a ’dèanamh deuchainn tricead agus modal às deidh crìoch a chur air saothrachadh, agus is e an dòigh deuchainn a thathar a’ cleachdadh an dòigh deuchainn sniper as sìmplidh agus as èifeachdaiche. Leis gur e an clàr-amais as motha a tha ag adhbhrachadh tricead modal axial aig a ’chiad òrdugh, tha an sensor luathachaidh ceangailte ris an uachdar obrach, agus tha an ceann eile air a bhualadh air an stiùireadh aiseach, agus gheibhear fìor tricead an adhairc le sgrùdadh speactram. Is e toradh atharrais an dealbhaidh 14925 Hz, is e toradh an deuchainn 14954 Hz, is e an rèiteachadh tricead 16 Hz, agus tha an mearachd as motha nas ìsle na 1%. Chìthear gu bheil cruinneas atharrais an eileamaid chrìochnaichte anns an àireamhachadh modal glè àrd.

An dèidh a dhol seachad air an deuchainn deuchainneach, thèid an adharc a thoirt a-steach gu riochdachadh agus co-chruinneachadh air an inneal tàthaidh ultrasonic. Tha an suidheachadh ath-bhualadh math. Tha an obair air a bhith seasmhach airson còrr air leth-bhliadhna, agus tha an ìre teisteanais tàthaidh àrd, a tha air a dhol thairis air a ’bheatha seirbheis trì mìosan a gheall an neach-dèanamh uidheamachd coitcheann. Tha seo a ’sealltainn gu bheil an dealbhadh soirbheachail, agus cha deach am pròiseas saothrachaidh atharrachadh agus atharrachadh a-rithist, a’ sàbhaladh ùine agus sgiobachd.

4 Co-dhùnadh

Bidh am pàipear seo a ’tòiseachadh leis a’ phrionnsapal de tàthadh plastaig ultrasonic, a ’greimeachadh gu domhainn air fòcas teignigeach tàthadh, agus a’ moladh bun-bheachd dealbhaidh adharc ùr. An uairsin cleachd gnìomh atharrais cumhachdach eileamaid chrìochnaichte gus an dealbhadh a sgrùdadh gu concrait, agus thoir a-steach beachd dealbhaidh 6-Sigma de DFSS, agus smachd a chumail air na paramadairean dealbhaidh cudromach tro dhealbhadh deuchainneach ANSYS DOE agus mion-sgrùdadh fulangas PDS gus dealbhadh làidir a choileanadh. Mu dheireadh, chaidh an adharc a dhèanamh gu soirbheachail aon uair, agus bha an dealbhadh reusanta leis an deuchainn tricead deuchainneach agus an fhìor dhearbhadh toraidh. Tha e cuideachd a ’dearbhadh gu bheil an seata de dhòighean dealbhaidh seo ion-dhèanta agus èifeachdach.


Ùine puist: Samhain-04-2020