wartos

Panganteur
Kalayan ngembangkeun téknologi ultrasonik, aplikasi na langkung seueur, tiasa dianggo pikeun ngabersihan partikel kokotor alit, sareng éta ogé tiasa dianggo pikeun ngelas logam atanapi plastik. Utamana dina produk palastik ayeuna, las ultrasonik seueur dianggo, kusabab struktur sekrupna disingkirkeun, penampilanna tiasa langkung sampurna, sareng fungsi waterproofing sareng tahan lebu ogé disayogikeun. Desain tanduk las palastik gaduh pangaruh penting kana kualitas las akhir sareng kapasitas produksi. Dina produksi méter listrik énggal, gelombang ultrasonik digunakeun pikeun ngahiji bagéan luhur sareng handap sasarengan. Nanging, nalika dianggo, mendakan yén sababaraha alat dipasang dina mesin sareng diretas sareng kagagalan anu sanésna lumangsung dina waktos anu singget. Sababaraha produk las perkakas Tingkat cacadna luhur. Rupa-rupa kalepatan parantos mangaruhan kana produksi. Numutkeun pamahaman, pamasok alat gaduh kamampuan desain terbatas pikeun pakakas, sareng sering ngalangkungan perbaikan anu teras-terasan pikeun ngahontal indikator desain. Ku alatan éta, perlu ngagunakeun kaunggulan téknologi urang sorangan pikeun ngembangkeun alat anu awét sareng metode desain anu wajar.
2 Prinsip las plastik Ultrasonik
Las plastik ultrasonik mangrupikeun cara ngolah anu ngamangpaatkeun kombinasi thermoplastics dina geteran dipaksa frékuénsi luhur, sareng permukaan las silih gosok pikeun ngahasilkeun lebur suhu luhur lokal. Dina raraga ngahontal hasil las ultrasonik anu saé, alat, bahan sareng parameter prosés diperyogikeun. Ieu mangrupikeun perkenalan sing pondok pikeun prinsip na.
2.1 Sistem las palastik ultrasonik
Gambar 1 mangrupikeun pandangan skéma tina sistem las. Énergi listrik dialirkeun generator sinyal sareng amplifier listrik pikeun ngahasilkeun sinyal listrik bolak-balik frekuensi ultrasonik (> 20 kHz) anu dilarapkeun kana transduser (keramik piezoelektrik). Ngaliwatan transduser, énergi listrik janten énergi geter mékanis, sareng amplitudo geter mékanis disaluyukeun ku tanduk kana amplitudo kerja anu saluyu, teras dikirimkeun sacara seragam kana bahan anu kontak kalayan éta ngaliwatan sirah alat (las pakakas). Permukaan kontak tina dua bahan las ditekenkeun kana geter paksaan frékuénsi luhur, sareng panas gesekan ngahasilkeun lebur suhu luhur lokal. Saatos tiis, bahanna digabungkeun pikeun ngahontal las.

Dina sistem las, sumber sinyal mangrupikeun bagian sirkuit anu ngandung sirkuit power amplifier anu stabilitas frékuénsi sareng kamampuan drive na mangaruhan kinerja mesin. Bahanna mangrupikeun termoplastik, sareng desain permukaan gabungan kedah ngémutan kumaha gancang ngahasilkeun panas sareng darmaga. Transduser, tanduk sareng sirah alat tiasa sadayana dianggap struktur mékanis pikeun analisis gampang tina gandeng geterna. Dina las plastik, geter mékanis dikirimkeun dina bentuk gelombang bujur. Kumaha cara sacara efektif mindahkeun énergi sareng nyaluyukeun amplitudo mangrupikeun titik utama desain.
2.2 Alat sirah (alat las)
Huluna pakakas berfungsi salaku panganteur kontak antara mesin las ultrasonik sareng matéri. Fungsi utamina nyaéta ngirimkeun geter mékanis bujur anu di kaluarkeun ku variatorna sacara merata sareng éfisién kana matéri. Bahan anu digunakeun biasana alloy aluminium kualitas luhur atanapi bahkan paduan titanium. Kusabab desain bahan palastik seueur robih pisan, penampilanna benten pisan, sareng sirah alat kedah robih saluyu. Bentuk permukaan anu dianggo kedah saé cocog sareng matéri, supados henteu ngaruksak plastik nalika ngageter; dina waktos anu sami, urutan solid getaran bujur mimitina urutan kedah koordinasi sareng frekuensi kaluaran mesin las, upami énergi geter bakal dikonsumsi internal. Nalika sirah alat ngageter, konsentrasi setrés lokal lumangsung. Kumaha ngaoptimalkeun struktur lokal ieu ogé janten pertimbangan desain. Artikel ieu ngajajah kumaha nerapkeun hulu alat desain ANSYS pikeun ngaoptimalkeun parameter desain sareng kasabaran manufaktur.
3 desain parabot las
Sakumaha didadarkeun di tadi, desain pakakas las penting pisan. Aya seueur anu nyayogikeun peralatan ultrasonik di Cina anu ngahasilkeun alat las nyalira, tapi bagian anu penting diantarana nyaéta tiruan, teras aranjeunna teras-terasan motong sareng uji. Ngaliwatan metode pangaturan anu teras-terasan ieu, koordinasi perkakas sareng parangkat frékuénsi kahontal. Dina tulisan ieu, metode elemen terhingga tiasa dianggo pikeun nangtoskeun frékuénsi nalika ngarancang pakakasna. Hasil tés alat sareng kasalahan frékuénsi desain ngan ukur 1%. Dina waktos anu sami, makalah ieu ngenalkeun konsép DFSS (Desain Pikeun Genep Sigma) pikeun ngaoptimalkeun sareng desain anu kuat pikeun pakakas. Konsép desain 6-Sigma nyaéta pikeun pinuh ngumpulkeun sora nasabah dina prosés desain pikeun desain anu ditargét; sareng pra-tinimbangan kamungkinan panyimpangan dina prosés produksi pikeun mastikeun yén kualitas produk akhir disebarkeun dina tingkat anu wajar. Prosés desain dipidangkeun dina Gambar 2. Mimitian ti kamekaran indikator desain, struktur sareng ukuran pakakas mimitina mah dirancang numutkeun pangalaman anu aya. Modél paramétrik diadegkeun dina ANSYS, teras modél ditangtukeun ku metode desain percobaan simulasi (DOE). Parameter penting, numutkeun sarat anu mantep, tangtukeun nilaina, teras nganggo metode sub-masalah pikeun ngaoptimalkeun parameter anu sanés. Ngitung pangaruh bahan sareng parameter lingkungan nalika didamel sareng dianggo perkakas, éta ogé parantos dirarancang kalayan kasabaran pikeun nyumponan sarat biaya manufaktur. Tungtungna, desain téori manufaktur, uji coba sareng tés sareng kasalahan anu leres, pikeun minuhan indikator desain anu ditepikeun. Ieu léngkah-léngkah rinci lengkep.
3.1 Desain bentuk géométri (netepkeun modél paramétrik)
Ngadesain perkakas las munggaran nangtoskeun bentuk sareng struktur geometri na sareng ngawangun modél paramétrik pikeun analisis salajengna. Gambar 3 a) mangrupikeun desain pakakas las anu paling umum, dimana sajumlah alur ngawangun U dibuka dina arah geter dina bahan sakitar kubus. Diménsi umumna nyaéta panjang arah X, Y, sareng Z, sareng diménsi gurat X sareng Y umumna tiasa dibandingkeun sareng ukuran bahan padamelan anu dilas. Panjang Z sarua jeung satengah panjang gelombang gelombang ultrasonik, sabab dina tiori getaran klasik, frékuénsi aksial urutan kahiji obyék manjang ditangtukeun ku panjangna, sareng panjang gelombang satengahna persis cocog sareng akustik frékuénsi gelombang. Desain ieu parantos diperpanjang. Anggo, manpaat pikeun sumebarna gelombang sora. Tujuan tina alur ngawangun U nyaéta pikeun ngirangan leungitna geter gurat perkakas. Posisi, ukuran sareng nomer ditangtoskeun numutkeun sadaya ukuran tooling. Éta tiasa ditingali yén dina desain ieu, aya langkung seueur parameter anu tiasa diatur sacara bébas, janten kami parantos ngalaksanakeun dasarna ieu. Gambar 3 b) mangrupikeun perkakas anu nembé dirarancang anu ngagaduhan parameter ukuran langkung ti desain tradisional: radius busur luar R. Salaku tambahan, alur diukir dina permukaan padamelan pikeun damel sareng permukaan bahan palastik, anu nguntungkeun pikeun ngirimkeun énergi geter sareng ngajagi benda kerja tina karusakan. Modél ieu sacara rutin parametrically dimodelkeun dina ANSYS, teras desain ékspérimén anu salajengna.
3.2 Désain eksperimen DOE (tekad tina parameter penting)
DFSS didamel kanggo méréskeun masalah rékayasa praktis. Éta henteu ngudag kasampurnaan, tapi épéktip sareng kuat. Éta ngawujudkeun ideu 6-Sigma, nangkep kontradiksi utama, sareng ninggali "99,97%", bari meryogikeun desain anu cukup tahan kana kerentanan lingkungan. Kituna, sateuacan ngadamel optimasi parameter udagan, éta kedahna diayak heula, sareng ukuran anu ngagaduhan pangaruh penting kana strukturna kedah dipilih, sareng nilaina kedah ditangtoskeun numutkeun prinsip kateguhan.
3.2.1 setting parameter DOE sareng DOE
Parameter desain nyaéta bentuk pakakas sareng posisi ukuran alur ngawangun U, sareng sajabana, jumlahna dalapan. Parameter udagan mangrupikeun frékuénsi geter aksial akséri anu munggaran sabab ngagaduhan pangaruh pangageungna dina las, sareng setrés maksimum konséntrasi sareng bédana dina amplitudo permukaan damel diwatesan salaku variabel kaayaan. Dumasar kana pangalaman, diasumsikeun yén pangaruh parameter kana hasilna linier, janten masing-masing faktor ngan ukur disetél ka dua tingkatan, luhur sareng handap. Daptar parameter sareng nami saluyu sapertos kieu.
DOE dilakukeun dina ANSYS nganggo modél paramétrik anu parantos didamel sateuacanna. Kusabab keterbatasan parangkat lunak, DOE faktor lengkep ngan ukur tiasa nganggo dugi ka 7 parameter, sedengkeun modélna aya 8 parameter, sareng analisis ANSYS ngeunaan hasil DOE henteu saémbara salaku perangkat lunak 6-sigma propésional, sareng henteu tiasa nahan interaksi. Kituna, kami nganggo APDL pikeun nulis loop DOE pikeun ngitung sareng nimba hasil tina program, teras nempatkeun data kana Minitab pikeun dianalisis.
3.2.2 Analisis hasil DOE
Analisis DOE Minitab dipidangkeun dina Gambar 4 sareng kalebet analisis faktor pangaruh utama sareng analisis interaksi. Analisis faktor pangaruhan utama dianggo pikeun nangtoskeun parobahan variabel desain anu ngagaduhan pangaruh anu langkung ageung kana variabel targét, sahingga nunjukkeun anu mangrupikeun variabel desain penting. Interaksi antara faktor teras dianalisis pikeun nangtoskeun tingkat faktorna sareng pikeun ngirangan tingkat gandeng antara variabel desain. Bandingkeun tingkat parobihan faktor sanés nalika faktor desain tinggi atanapi handap. Numutkeun kana aksioma anu mandiri, desain optimal henteu saling gandéng, janten pilih tingkat anu kirang variabel.
Hasil analisis pakakas las dina makalah ieu nyaéta: parameter desain anu penting nyaéta radius busur luar sareng lébar slot tina perkakas. Tingkat duanana parameter nyaéta "luhur", nyaéta radius nyandak nilai anu langkung ageung dina DOE, sareng lébar alur ogé nyandak nilai anu langkung ageung. Parameter penting sareng nilaina ditangtoskeun, teras sababaraha parameter sanésna dianggo ngaoptimalkeun desain dina ANSYS pikeun ngaluyukeun frékuénsi perkakas pikeun cocog sareng frékuénsi operasi mesin las. Prosés optimasi sapertos kieu.
3.3 Target parameter optimization (tooling frequency)
Setélan parameter tina optimasi desain mirip sareng DOE. Bédana na nyaéta nilai dua parameter penting parantos ditangtoskeun, sareng tilu parameter sanésna aya hubunganana sareng sipat matéri, anu dianggap noise sareng henteu tiasa dioptimalkeun. Tilu parameter sésana anu tiasa disaluyukeun nyaéta posisi aksial tina slot, panjang sareng lébar perkakas. Optimisasi nganggo metode pendekatan subproblem dina ANSYS, anu mangrupikeun metode anu seueur dianggo dina masalah rékayasa, sareng prosés anu khusus dileungitkeun.
Perhatoskeun yén ngagunakeun frékuénsi salaku variabel targét peryogi sakedik katerampilan dina operasi. Kusabab aya seueur parameter desain sareng rupa-rupa variasi, modeu geter perkakas seueur dina kisaran frékuénsi karesep. Upami hasil analisa modal langsung dianggo, sesah milari modeu aksial urutan kahiji, sabab antarpasang susunan modél tiasa lumangsung nalika parobihan parameter, nyaéta réginal frékuénsi alami anu saluyu sareng modeu aslina anu robih. Maka, makalah ieu nyoko kana analisa modal heula, teras nganggo metode superposisi modal pikeun kéngingkeun kurva réspon frékuénsi. Ku milarian nilai puncak tina kurva réspon frékuénsi, éta tiasa mastikeun frékuénsi modal anu saluyu. Ieu penting pisan dina prosés optimalisasi otomatis, ngaleungitkeun kabutuhan pikeun sacara manual nangtukeun modalitasna.
Saatos optimalisasi réngsé, desain frékuénsi damel tina tooling tiasa caket pisan sareng frékuénsi target, sareng kasalahan kirang ti nilai toleransi anu ditangtoskeun dina optimasi. Dina titik ieu, desain pakakas dasarna ditangtukeun, dituturkeun ku kasabaran manufaktur pikeun desain produksi.
3.4 Desain toléransi
Desain struktural umum réngsé saatos sadaya parameter desain parantos ditangtoskeun, tapi pikeun masalah rékayasa, utamina nalika ngémutan biaya produksi masal, desain toléransi penting pisan. Biaya presisi rendah ogé dikirangan, tapi kamampuan pikeun nohonan métrik desain peryogi itungan statistik pikeun itungan kuantitatif. Sistem Desain Probabilitas PDS dina ANSYS tiasa langkung nganalisis hubungan antara toleransi parameter desain sareng toleransi parameter target, sareng tiasa ngahasilkeun file laporan anu lengkep.
3.4.1 Setélan parameter PDS sareng perhitungan
Numutkeun kana pamanggih DFSS, analisis kasabaran kedah dilakukeun kana parameter desain anu penting, sareng toleransi umum anu sanés tiasa ditangtoskeun sacara émpiris. Kaayaan dina makalah ieu rada istiméwa, sabab numutkeun kamampuan mesin, kasabaran manufaktur parameter desain géométri alit pisan, sareng sakedik pangaruhna kana frékuénsi tooling akhir; sedengkeun parameter bahan baku bénten pisan kumargi panyadia, sareng harga bahan baku nyatakeun langkung ti 80% biaya ngolah pakakas. Ku alatan éta, perlu nyetél kisaran kasabaran anu wajar pikeun sipat matérial. Pasipatan matéri anu aya hubunganana di dieu nyaéta kapadetan, modulus élastisitas sareng laju nyebarkeun gelombang sora.
Analisis kasabaran nganggo simulasi Monte Carlo acak dina ANSYS pikeun conto metode Latin Hypercube sabab tiasa ngajantenkeun sebaran poin sampling langkung seragam sareng wajar, sareng kéngingkeun korélasi langkung saé ku langkung sakedik poin. Tulisan ieu netepkeun 30 poin. Anggap yén toleransi tina tilu parameter matéri disebarkeun numutkeun Gauss, mimitina dibéré wates luhur sareng handap, teras diitung dina ANSYS.
3.4.2 Analisis hasil PDS
Ngalangkungan itungan PDS, nilai variabel target anu sami sareng 30 poin sampling dirumuskeun. Sebaran variabel target henteu dipikaterang. Parameterna dipasang deui nganggo perangkat lunak Minitab, sareng frékuénsi dasarna disebarkeun numutkeun distribusi normal. Ieu mastikeun téori statistik analisis kasabaran.
Itungan PDS masihan rumus pas tina variabel desain kana ékspansi toleransi tina variabel target: dimana y nyaéta variabel target, x mangrupikeun variabel desain, c mangrupikeun koefisien korélasi, sareng i mangrupikeun jumlah variabel.

Numutkeun ieu, toleransi udagan tiasa ditugaskeun pikeun masing-masing variabel desain pikeun ngarengsekeun tugas desain toleransi.
3.5 Verifikasi ékspérimén
Bagian payun nyaéta prosés desain sadaya alat las. Saatos réngsé, bahan baku dipésér numutkeun toleransi bahan anu diidinan ku desain, teras dikirimkeun ka pabrikna. Tés frékuénsi sareng modal dilakukeun saatos manufaktur réngsé, sareng metode tés anu digunakeun nyaéta metode tés sniper pangbasajanna sareng paling épéktip. Kusabab indéks anu paling diperhatoskeun nyaéta frékuénsi modal aksial urutan anu munggaran, sénsor akselerasi dipasang dina permukaan damel, sareng tungtung anu sanésna ditabrak sapanjang arah aksial, sareng frékuénsi anu leres tina perkakas tiasa diala ku analisa spéktral. Hasil simulasi desain nyaéta 14925 Hz, hasil tés 14954 Hz, résolusi frékuénsi 16 Hz, sareng kasalahan maksimal kirang ti 1%. Éta tiasa ditingali yén akurasi simulasi unsur terhingga dina itungan modal seueur pisan.
Saatos ngaluluskeun tés ékspérimén, pakakasna dipasang kana produksi sareng perakitan dina mesin las ultrasonik. Kaayaan réaksina saé. Pagawéanna stabil pikeun langkung ti satengah taun, sareng tingkat kualifikasi las na luhur, anu parantos ngaleuwihan umur jasa tilu bulan anu dijanjikeun ku pabrik alat umum. Ieu nunjukkeun yén desainna suksés, sareng prosés pembuatanna henteu teras-terasan dirobih sareng disaluyukeun, ngahémat waktos sareng tanaga tanaga.
4 Kacindekan
Tulisan ieu dimimitian ku prinsip las palastik ultrasonik, jero pisan ngartos fokus téknis las, sareng ngajukeun konsép desain pakakas anyar. Teras gunakeun fungsi simulasi anu kuat pikeun unsur kawates pikeun nganalisis desain sacara kongkrit, sareng ngenalkeun ide desain 6-Sigma ngeunaan DFSS, sareng ngendalikeun parameter desain anu penting ngalangkungan desain eksperimen ANSYS DOE sareng analisis toleransi PDS pikeun ngahontal desain mantap. Akhirna, parabotna hasil didamel sakali, sareng desainana wajar ku uji coba ékspérimén ékspérimén sareng verifikasi produksi anu saéstuna. Éta ogé ngabuktikeun yén susunan metode desain ieu tiasa dilakukeun sareng épéktip.


Waktos Post: Nov-04-2020