Comment employer l'optimisation de paramètre du marché des changes ANSYS et la conception de probabilité du klaxon de soudure ultrasonore

Comment employer l'optimisation de paramètre du marché des changes ANSYS et la conception de probabilité du klaxon de soudure ultrasonore

Préface

Avec le développement de la technologie ultrasonique, son application est de plus en plus étendue, elle peut être employée pour nettoyer les particules de saleté minuscules, et elle peut également être employée pour le métal ou le plastique de soudure. Particulièrement dans les produits en plastique d'aujourd'hui, la soudure ultrasonore est en grande partie employée, parce que la structure de vis est omise, l'aspect peut être plus parfaite, et la fonction de l'imperméabilisation et de dustproofing est également fournie. La conception du klaxon en plastique de soudure a un impact important sur la qualité et la capacité de production finales de soudure. Dans la production de nouveaux mètres électriques, des ondes ultrasoniques sont employées pour fondre les visages supérieurs et inférieurs ensemble. Cependant, pendant l'utilisation, on le constate que quelques klaxons sont installés sur la machine et fendus et d'autres échecs se produisent dans une courte période. Un certain klaxon de soudure le taux de défaut est haut. Les divers défauts ont eu un impact considérable sur la production. Selon la compréhension, les fournisseurs d'équipement ont des capacités de conception limitée pour le klaxon, et souvent par des réparations répétées pour réaliser des indicateurs de conception. Par conséquent, il est nécessaire d'employer nos propres avantages technologiques pour développer le klaxon durable et une méthode de conception raisonnable.

Principe en plastique ultrasonique de la soudure 2

La soudure en plastique ultrasonique est une méthode de transformation qui utilise la combinaison du thermoplastique dans la vibration obligatoire à haute fréquence, et les surfaces de soudure frottent les uns contre les autres pour produire la fonte à hautes températures locale. Afin de réaliser de bons résultats de soudure ultrasonore, l'équipement, les matériaux et les paramètres de processus sont exigés. Ce qui suit est une brève introduction à son principe.

2,1 système en plastique ultrasonique de soudure

Le schéma 1 est une vue schématique d'un système de soudure. L'énergie électrique est passée par le générateur de signaux et l'amplificateur de puissance pour produire un signal électrique alternatif de l'ultrason (> 20 kilohertz) qui est appliqué au transducteur (en céramique piézoélectrique). Par le transducteur, l'énergie électrique devient l'énergie de la vibration mécanique, et l'amplitude de la vibration mécanique est ajustée par le klaxon sur l'amplitude fonctionnante appropriée, et uniformément puis transmise au matériel en contact avec elle par le klaxon. Les surfaces de contact des deux matériaux de soudure sont soumises à la vibration obligatoire à haute fréquence, et la chaleur de frottement produit de la fonte à hautes températures locale. Après refroidissement, les matériaux sont combinés pour réaliser la soudure.

Dans un système de soudure, la source de signal est une pièce de circuit qui contient un circuit d'amplificateur de puissance dont stabilité de fréquence et la capacité d'entraînement affectent la représentation de la machine. Le matériel est un thermoplastique, et la conception de la surface commune doit considérer comment produire rapidement de la chaleur et du dock. Des transducteurs, les klaxons et les klaxons peuvent tout être considérés les structures mécaniques pour l'analyse facile de l'accouplement de leurs vibrations. Dans la soudure en plastique, la vibration mécanique est transmise sous forme de vagues longitudinales. Comment transférer effectivement l'énergie et ajuster l'amplitude est la question principale de la conception.

2.2horn

Le klaxon sert d'interface de contact entre la machine de soudure ultrasonore et le matériel. Sa fonction principale est de transmettre la vibration mécanique longitudinale outputted par le variator également et efficacement au matériel. La matière employée est habituellement l'alliage d'aluminium de haute qualité ou même l'alliage de titane. Puisque la conception des matières plastiques change beaucoup, l'aspect est très différent, et le klaxon doit changer en conséquence. La forme de la surface de fonctionnement devrait être bien assortie avec le matériel, pour pour ne pas endommager le plastique en vibrant ; en même temps, la fréquence solide de vibration longitudinale de premier ordre devrait être coordonnée avec la fréquence de sortie de la machine de soudure, autrement l'énergie de vibration sera consommée intérieurement. Quand le klaxon vibre, la concentration de contrainte locale se produit. Comment optimiser ces structures locales est également une considération de conception. Cet article explore comment appliquer le klaxon de conception d'ANSYS pour optimiser des paramètres de conception et des tolérances de fabrication.

conception de soudure du klaxon 3

Comme cité précédemment, la conception du klaxon de soudure est tout à fait importante. Il y a beaucoup de fournisseurs ultrasoniques d'équipement en Chine qui produisent leurs propres klaxons de soudure, mais une partie considérable de eux sont des imitations, et alors ils constamment équilibrent et examinent. Par cette méthode répétée d'ajustement, la coordination de la fréquence de klaxon et d'équipement est réalisée. En ce document, la méthode d'élément fini peut être employée pour déterminer la fréquence en concevant le klaxon. Le résultat d'essai de klaxon et l'erreur de fréquence de conception sont seulement 1%. En même temps, ce document présente le concept de DFSS (conception pour six sigmas) pour optimiser et la conception robuste du klaxon. Le concept de la conception 6-Sigma est de rassembler entièrement la voix du consommateur dans le processus de conception pour la conception visée ; et pré-considération des déviations possibles dans le processus de fabrication pour s'assurer que la qualité du produit fini est distribuée dans un niveau raisonnable. Le processus de conception est montré sur le schéma 2. à partir du développement des indicateurs de conception, la structure et des dimensions du klaxon sont au commencement conçues selon l'expérience existante. Le modèle paramétrique est établi dans ANSYS, et alors le modèle est déterminé par la méthode de conception d'expérience de simulation (DAINE). Les paramètres importants, selon les conditions robustes, déterminent la valeur, et puis emploient la méthode de sous-problème pour optimiser d'autres paramètres. Prenant en considération l'influence des matériaux et des paramètres environnementaux pendant la fabrication et l'utilisation du klaxon, elle a été également conçue avec des tolérances pour répondre aux exigences du coût de fabrication. En conclusion, la conception de fabrication, d'essai et de théorie d'essai et erreur réelle, pour rencontrer les indicateurs de conception qui sont livrés. L'introduction détaillée étape-par-étape suivante.

3,1 conception géométrique de forme (établissant un modèle paramétrique)

Concevant le klaxon de soudure d'abord détermine sa forme et structure géométriques approximatives et établit un modèle paramétrique pour l'analyse suivante. Le schéma 3 a) est la conception du klaxon de soudure le plus commun, en lequel un certain nombre de cannelures en U sont ouvertes en direction de la vibration sur un matériel approximativement de cuboïde. Les dimensions hors-tout sont les longueurs des directions de X, de Y, et de Z, et les dimensions de partie latérale X et Y sont généralement comparables à la taille de l'objet étant soudé. La longueur de Z est égale à la demi-longueur d'onde de l'onde ultrasonique, parce que dans la théorie classique de vibration, la fréquence axiale de premier ordre de l'objet ovale est déterminée par sa longueur, et la longueur à demi onde est exactement assortie avec la fréquence d'onde acoustique. Cette conception a été prolongée. L'utilisation, est salutaire à la diffusion des ondes sonores. Le but de la cannelure en U est de réduire la perte de vibration latérale du klaxon. La position, la taille et le nombre sont déterminés selon la taille globale du klaxon. Il peut voir que dans cette conception, il y a moins paramètres qui peuvent être librement réglés, ainsi nous avons apporté des améliorations sur cette base. Le schéma 3 b) est un klaxon nouvellement conçu qui a un plus de paramètre de taille que la conception traditionnelle : le rayon externe R. d'arc en outre, la cannelure est gravé sur la surface de fonctionnement du klaxon pour coopérer avec la surface de l'objet en plastique, qui est salutaire pour transmettre l'énergie de vibration et pour protéger l'objet contre des dommages. Ce modèle par habitude est paramétriquement modelé dans ANSYS, et puis le prochain plan d'expérience.

3,2 plan d'expérience de DAINE (détermination des paramètres importants)

DFSS est créé pour résoudre des problèmes pratiques d'ingénierie. Il ne poursuit pas la perfection, mais est efficace et robuste. Il incarne l'idée de 6-Sigma, capture la contradiction principale, et abandonne « 99,97%", tout en exigeant de la conception d'être tout à fait résistante à la variabilité environnementale. Par conséquent, avant de faire l'optimisation de paramètre de cible, il devrait être examiné d'abord, et la taille qui a une influence importante sur la structure devrait être choisie, et leurs valeurs devraient être déterminées selon le principe de robustesse.

3.2.1 arrangement et DAINE de paramètre de DAINE

Les paramètres de conception sont la forme de klaxon et la position de taille de la cannelure en U, etc., un total de huit. Le paramètre de cible est la fréquence axiale de premier ordre de vibration parce qu'il a la plus grande influence sur la soudure, et l'effort concentré par maximum et la différence dans l'amplitude de surface de fonctionnement sont limités comme variables d'état. Basé sur l'expérience, on le suppose que l'effet des paramètres sur les résultats est linéaire, ainsi chaque facteur est seulement placé à deux niveaux, ciel et terre. La liste de paramètres et de noms correspondants est comme suit.

La DAINE est exécutée dans ANSYS utilisant le modèle paramétrique précédemment établi. En raison des limitations de logiciel, DAINE de plein-facteur peut seulement employer jusqu'à 7 paramètres, alors que le modèle a 8 paramètres, et l'analyse d'ANSYS des résultats de DAINE n'est pas aussi complet que le logiciel de sigma du professionnel 6, et ne peut pas manipuler l'interaction. Par conséquent, nous employons APDL pour écrire une boucle de DAINE pour calculer et extraire les résultats du programme, et puis pour mettre les données dans Minitab pour l'analyse.

3.2.2 analyse des résultats de DAINE

L'analyse de la DAINE de Minitab est montrée sur le schéma 4 et inclut l'analyse factorielle et l'analyse de l'interaction de influence principales. L'analyse factorielle de influence principale est employée pour déterminer quels changements variables de conception ont un plus grand impact sur la variable de cible, indiquant de ce fait ce qui sont des variables importantes de conception. L'interaction entre les facteurs est alors analysée pour déterminer le niveau des facteurs et pour réduire le degré d'accouplement entre les variables de conception. Comparez le degré de changement d'autres facteurs quand un facteur de conception est haut ou bas. Selon l'axiome indépendant, la conception optimale n'est pas couplée entre eux, ainsi choisissez le niveau qui est moins variable.

Les résultats d'analyse du klaxon de soudure en ce document sont : les paramètres de conception importants sont le rayon externe d'arc et la largeur de fente du klaxon. Le niveau des deux paramètres est « élevé », c.-à-d., le rayon prend une plus grande valeur dans la DAINE, et la largeur de cannelure prend également une plus grande valeur. Les paramètres importants et leurs valeurs étaient déterminés, et alors plusieurs autres paramètres ont été employés pour optimiser la conception dans ANSYS pour ajuster la fréquence de klaxon pour assortir la fréquence d'opération de la machine de soudure. Le processus d'optimisation est comme suit.

3,3 optimisation de paramètre de cible (fréquence de klaxon)

Les arrangements de paramètre de l'optimisation de conception sont semblables à ceux de la DAINE. La différence est que les valeurs de deux paramètres importants ont été déterminées, et les trois autres paramètres sont liés aux propriétés matérielles, qui sont considérées comme le bruit et ne peuvent pas être optimisées. Les trois paramètres demeurants qui peuvent être ajustés sont la position axiale de la fente, la longueur et la largeur de klaxon. L'optimisation emploie la méthode d'approximation de sous-problème dans ANSYS, qui est une méthode très utilisée dans des problèmes d'ingénierie, et le processus spécifique est omis.

Il vaut de noter cela utilisant la fréquence pendant que la variable de cible exige une peu de compétence en fonction. Puisqu'il y a beaucoup de paramètres de conception et un large éventail de variation, les modes de vibration du klaxon sont beaucoup dans la plage de fréquence d'intérêt. Si le résultat de l'analyse modale est directement employé, il est difficile de trouver le mode axial de premier ordre, parce que l'interfoliage modal d'ordre peut se produire quand les paramètres changent, c.-à-d., la correspondance ordinale de fréquence naturelle aux changements de mode originaux. Par conséquent, ce document adopte l'analyse modale d'abord, et emploie ensuite la méthode modale de superposition pour obtenir la courbe de réponse en fr3quence. En trouvant la valeur de crête de la courbe de réponse en fr3quence, il peut assurer la fréquence modale correspondante. C'est très important dans le processus d'optimisation automatique, éliminant la nécessité de déterminer manuellement la modalité.

Après que l'optimisation soit accomplie, la fréquence fonctionnante de conception du klaxon peut être très proche de la fréquence de cible, et l'erreur est moins que la valeur de tolérance spécifique dans l'optimisation. En ce moment, la conception de klaxon est fondamentalement déterminée, suivi des tolérances de fabrication pour la conception de production.

3,4 conception de tolérance

La conception structurelle générale est après tout des paramètres de conception réalisés ont été déterminées, mais pour machiner des problèmes, particulièrement en considérant le coût de production en série, la conception de tolérance est essentielle. Le coût de basse précision est également réduit, mais la capacité de rencontrer la métrique de conception exige des calculs statistiques pour des calculs quantitatifs. Le système de conception de probabilité de PDS dans ANSYS peut mieux analyser les relations entre la tolérance de paramètre de conception et la tolérance de paramètre de cible, et peut produire des fichiers d'édition relatifs complets.

3.4.1 arrangements et calculs de paramètre de PDS

Selon l'idée de DFSS, l'analyse de tolérance devrait être exécutée sur des paramètres de conception importants, et d'autres tolérances générales peuvent être déterminées empiriquement. La situation en ce document est tout à fait spéciale, parce que selon la capacité de l'usinage, la tolérance de fabrication des paramètres de dessin géométrique est très petite, et exerce peu d'effet sur la fréquence finale de klaxon ; tandis que les paramètres des matières premières sont considérablement différent dus aux fournisseurs, et le prix des matières premières explique plus de 80% de coûts de traitement de klaxon. Par conséquent, il est nécessaire de placer une gamme raisonnable de tolérance pour les propriétés matérielles. Les propriétés matérielles appropriées ici sont densité, module d'élasticité et vitesse de la propagation d'onde sonore.

L'analyse de tolérance emploie la simulation aléatoire de Monte Carlo dans ANSYS pour prélever la méthode latine de Hypercube parce qu'elle peut faire à la distribution des points d'échantillonnage de plus uniforme et raisonnable, et obtient une meilleure corrélation par moins points. Ce document place 30 points. Supposez que les tolérances des trois paramètres matériels sont distribuées selon le gauss, au commencement donné une limite supérieure et inférieure, et alors calculé dans ANSYS.

3.4.2 analyse des résultats de PDS

Par le calcul du PDS, les valeurs variables de cible correspondant à 30 points d'échantillonnage sont indiquées. La distribution des variables de cible est inconnue. Les paramètres sont adaptés encore utilisant le logiciel de Minitab, et la fréquence est fondamentalement distribuée selon le de distribution normale. Ceci assure la théorie statistique d'analyse de tolérance.

Le calcul de PDS donne une formule convenable de la variable de conception à l'expansion de tolérance de la variable de cible : là où y est la variable de cible, x est la variable de conception, c est le coefficient de corrélation, et I est le nombre variable.

Selon ceci, la tolérance de cible peut être assignée à chaque variable de conception pour accomplir la tâche de la conception de tolérance.

3,5 vérification expérimentale

La partie avant est le processus de conception du klaxon entier de soudure. Après l'achèvement, les matières premières sont achetées selon les tolérances matérielles permises par la conception, et alors fournies à la fabrication. La fréquence et l'essai modal sont réalisés après la fabrication est accomplie, et la méthode d'essai employée est la méthode d'essai de tireur isolé la plus simple et la plus efficace. Puisque l'index le plus intéressé est la fréquence modale axiale de premier ordre, le capteur d'accélération est attaché à la surface de fonctionnement, et l'autre extrémité est frappée le long de la direction axiale, et la fréquence réelle du klaxon peut être obtenue par analyse spectrale. Le résultat de simulation de la conception est de 14925 hertz, le résultat d'essai est de 14954 hertz, le pouvoir séparateur d'en fréquence est de 16 hertz, et l'erreur maximum est moins de 1%. Il peut voir que l'exactitude de la simulation finie d'élément dans le calcul modal est très haute.

Après dépassement de l'essai expérimental, le klaxon est mis dans la production et l'assemblée sur la machine de soudure ultrasonore. L'état de réaction est bon. Le travail a été stable pour plus que la moitié d'une année, et le taux de qualification de soudure est haut, qui a dépassé la durée de vie de trois mois promise par le fabriquant d'équipement général. Ceci prouve que la conception est réussie, et le processus de fabrication n'a pas été à plusieurs reprises modifié et temps ajusté, d'économie et main d'oeuvre.

Conclusion 4

Ce document commence par le principe de la soudure en plastique ultrasonique, saisit profondément le centre technique de la soudure, et propose le concept de construction du nouveau klaxon. Employez alors la fonction puissante de simulation de l'élément fini pour analyser la conception concrètement, et présentez l'idée de la conception 6-Sigma de DFSS, et commandez les paramètres de conception importants par l'analyse de plan d'expérience de DAINE d'ANSYS et de tolérance de PDS pour réaliser la conception robuste. En conclusion, le klaxon a été avec succès fabriqué par le passé, et la conception était raisonnable par l'essai expérimental de fréquence et la vérification de production réelle. Elle montre également que cet ensemble de méthodes de conception est faisable et efficace.