Hitzaurrea
Ultrasoinu teknologiaren garapenarekin, bere aplikazioa gero eta zabalagoa da, zikinkeria partikula txikiak garbitzeko erabil daiteke eta metala edo plastikoa soldatzeko ere erabil daiteke. Batez ere gaur egungo plastikozko produktuetan, ultrasoinu bidezko soldadura erabiltzen da gehienetan, torlojuen egitura kanpoan uzten delako, itxura ezin hobea izan baitaiteke eta iragazgaizteko eta hautsak kutsatzeko funtzioa ere ematen baita. Plastikozko soldadura tronpa diseinatzeak eragin garrantzitsua du azken soldaduraren kalitatean eta ekoizpen gaitasunean. Kontagailu elektriko berrien ekoizpenean, ultrasoinu uhinak goiko eta beheko aurpegiak bateratzeko erabiltzen dira. Hala ere, erabileran, tresna batzuk makinan instalatuta daudela eta pitzatuta daudela eta beste hutsegite batzuk denbora epe laburrean gertatzen direla ikusi da. Zenbait tresneria soldatzeko produktuak Akats tasa handia da. Hainbat akatsek eragin nabarmena izan dute ekoizpenean. Ulertutakoaren arabera, ekipoen hornitzaileek tresneria diseinatzeko gaitasun mugatuak dituzte, eta askotan errepikatutako konponketen bidez diseinu adierazleak lortzeko. Hori dela eta, beharrezkoa da gure abantaila teknologikoak erabiltzea tresneria iraunkorrak eta arrazoizko diseinu metodoa garatzeko.
2 Ultrasoinu bidezko plastikozko soldadura printzipioa
Ultrasoinu bidezko plastikozko soldadura termoplastikoen konbinazioa maiztasun handiko bibrazio behartuan erabiltzen duen prozesatzeko metodoa da, eta soldadura gainazalek elkarren kontra igurtzi egiten dute tenperatura altuko fusio lokala sortzeko. Ultrasoinu bidezko soldadura emaitza onak lortzeko, ekipamenduak, materialak eta prozesuaren parametroak behar dira. Jarraian bere printzipioaren sarrera laburra da.
2.1 Ultrasoinu bidezko plastikozko soldadura sistema
1. irudia soldadura sistema baten ikuspegi eskematikoa da. Energia elektrikoa seinale sorgailutik eta potentzia anplifikadoretik igarotzen da ultrasoinu maiztasuneko (> 20 kHz) alternoko seinale elektrikoa sortzeko transduktoreari (zeramika piezoelektrikoa) aplikatzeko. Transduktorearen bidez, energia elektrikoa bibrazio mekanikoaren energia bihurtzen da, eta bibrazio mekanikoaren anplitudea adarrak egokitutako lan-anplitudera egokitzen du, eta gero uniformeki transmititzen zaio harekin kontaktuan dagoen materialari erremintaren buruaren bidez (soldadura tresneria). Bi soldadura materialen ukipen gainazalek maiztasun handiko bibrazio behartuak jasaten dituzte eta marruskadura beroak tenperatura altuko fusio lokala sortzen du. Hoztu ondoren, materialak konbinatzen dira soldadura lortzeko.

Soldadura sistema batean, seinale iturria potentzia anplifikadorearen zirkuitu bat duen zirkuitu zati bat da, zeinaren maiztasun egonkortasunak eta eragiketa gaitasunak makinaren errendimendua eragiten duten. Materiala termoplastikoa da, eta junturaren gainazalaren diseinuak kontuan hartu behar du nola beroa eta atrakatzea azkar nola sortu. Transduktoreak, adarrak eta erreminten buruak egitura mekanikotzat har daitezke beren bibrazioen akoplamendua erraz aztertzeko. Soldadura plastikoan, bibrazio mekanikoa luzetarako uhin moduan transmititzen da. Energia modu eraginkorrean nola transferitu eta anplitudea egokitu da diseinurako puntu nagusia.
2.2 Erreminta burua (soldadura tresneria)
Erremintaren buruak ultrasoinu bidezko soldadura makinaren eta materialaren arteko harremanetarako interfaze gisa balio du. Bere funtzio nagusia bariatoreak ateratako luzerako bibrazio mekanikoa materialera modu uniformean eta eraginkorrean transmititzea da. Erabilitako materiala kalitate handiko aluminiozko aleazioa edo titaniozko aleazioa izan ohi da. Material plastikoen diseinua asko aldatzen denez, itxura oso ezberdina da, eta erremintaren burua horren arabera aldatu behar da. Laneko gainazalaren forma materialarekin ondo egokitu behar da, bibratzean plastikoa ez kaltetzeko; aldi berean, lehen mailako luzerako bibrazio solidoen maiztasuna soldatzeko makinaren irteera maiztasunarekin koordinatu behar da, bestela bibrazio energia barrutik kontsumituko da. Tresnaren buruak dardara egiten duenean, tentsio lokalaren kontzentrazioa gertatzen da. Tokiko egitura horiek nola optimizatu diseinua ere kontuan hartu behar da. Artikulu honek ANSYS diseinu tresnen buruak nola aplikatu aztertzen du, diseinu parametroak eta fabrikazio tolerantziak optimizatzeko.
3 soldadura tresneriaren diseinua
Arestian aipatu bezala, soldadura tresneriaren diseinua nahiko garrantzitsua da. Ultrasoinu ekipoen hornitzaile asko daude Txinan beren soldadura tresnak ekoizten dituztenak, baina horien zati handi bat imitazioak dira, eta gero etengabe mozten eta probatzen ari dira. Doikuntza errepikatuko metodo honen bidez, tresneriaren eta ekipoen maiztasunaren koordinazioa lortzen da. Artikulu honetan, elementu finituen metodoa tresneria diseinatzerakoan maiztasuna zehazteko erabil daiteke. Tresneriaren probaren emaitza eta diseinuaren maiztasun errorea% 1 baino ez dira. Aldi berean, artikulu honek DFSS (Design For Six Sigma) kontzeptua aurkezten du tresneriaren diseinu optimizatua eta sendoa lortzeko. 6 Sigma diseinuaren kontzeptua bezeroaren ahotsa guztiz biltzea da diseinu prozesuan diseinatutako diseinurako; eta produkzio prozesuan desbideratze posibleak aurretik aztertzea, azken produktuaren kalitatea arrazoizko maila baten barruan banatzen dela ziurtatzeko. Diseinu prozesua 2. Irudian erakusten da. Diseinu adierazleak garatzen hasita, tresneriaren egitura eta neurriak hasierako esperientziaren arabera diseinatzen dira. Eredu parametrikoa ANSYS-en ezartzen da, eta orduan simulazioa esperimentuen diseinuaren (DOE) metodoa zehazten da. Parametro garrantzitsuek, eskakizun sendoen arabera, balioa zehazten dute eta, ondoren, azpiproblemaren metodoa erabiltzen dute beste parametro batzuk optimizatzeko. Tresneriaren fabrikazioan eta erabileran materialek eta ingurumen parametroek duten eragina kontuan hartuta, fabrikazio kostuen eskakizunak asetzeko tolerantziekin ere diseinatu da. Azkenik, fabrikazioaren, proben eta proben teoria diseinua eta benetako akatsa, entregatzen diren diseinu adierazleak betetzeko. Hurrengo urratsez urratseko sarrera zehatza.
3.1 Forma geometrikoen diseinua (eredu parametrikoa ezarriz)
Soldatzeko tresneria diseinatzeak, gutxi gorabehera, bere forma eta egitura geometrikoa zehazten du eta eredu parametrikoa ezartzen du ondorengo analisirako. 3. a) irudia soldadurako tresneria arruntenaren diseinua da, bertan U formako zirrikitu batzuk irekitzen dira bibrazioaren norabidean gutxi gorabehera kuboidea duen material batean. Neurri orokorrak X, Y eta Z norabideen luzerak dira, eta X eta Y alboetako neurriak, orokorrean, soldatzen ari diren piezaren tamainaren parekoak dira. Z-ren luzera ultrasoinu uhinaren uhin luzeraren erdia bezalakoa da, izan ere, bibrazioen teoria klasikoan objektu luzatuaren lehen mailako maiztasun axiala bere luzeraren arabera zehazten da eta uhin erdiaren luzera akustikoarekin bat dator. uhin maiztasuna. Diseinu hau luzatu egin da. Erabilera, onuragarria da soinu uhinak hedatzeko. U formako zirrikituaren helburua tresneriaren alboko bibrazioaren galera murriztea da. Posizioa, tamaina eta kopurua tresneriaren tamaina orokorraren arabera zehazten dira. Ikusten denez, diseinu honetan askatasun osoz erregula daitezkeen parametro gutxiago daude eta, beraz, hobekuntzak egin ditugu oinarri horretan. 3. irudia b) diseinatu berri den tresneria da, diseinu tradizionalak baino tamaina parametro bat gehiago duena: kanpoko arku erradioa. Gainera, zirrikitua tresneriaren lan gainazalean dago grabatua plastikozko piezaren gainazalarekin lankidetzan aritzeko. bibrazio-energia transmititzeko eta pieza kalteetatik babesteko onuragarria da. Eredu hau parametrizoki modelatzen da ANSYS-en, eta ondorengo hurrengo diseinu esperimentala.
3.2 DOE diseinu esperimentala (parametro garrantzitsuak zehaztea)
DFSS ingeniaritzako arazo praktikoak konpontzeko sortzen da. Ez du perfekzioa bilatzen, baina eraginkorra eta sendoa da. 6 Sigmaren ideia biltzen du, kontraesan nagusia harrapatzen du eta "% 99,97" alde batera uzten du, diseinua ingurumenaren aldakortasunarekiko nahiko erresistentea izatea eskatzen duen bitartean. Hori dela eta, helburuaren parametroen optimizazioa egin aurretik, lehenengo pantailaratu behar da, eta egituran eragin garrantzitsua duen tamaina hautatu behar da, eta haien balioak sendotasun printzipioaren arabera zehaztu beharko lirateke.
3.2.1 DOE parametroen ezarpena eta DOE
Diseinuaren parametroak tresneriaren forma eta U formako zirrikituaren tamaina posizioa eta abar dira, guztira zortzi. Helburuko parametroa lehen mailako bibrazio axialaren maiztasuna da, soldaduran eragin handiena duelako eta gehieneko tentsio kontzentratua eta laneko gainazalaren anplitudearen aldea egoera aldagai gisa mugatuta daudelako. Esperientzian oinarrituta, parametroek emaitzetan duten eragina lineala dela suposatzen da, beraz, faktore bakoitza bi mailatan ezartzen da, altuan eta baxuan. Parametroen zerrenda eta dagozkien izenak honako hauek dira.
DOE ANSYS-en egiten da aurretik ezarritako eredu parametrikoa erabiliz. Softwarearen mugak direla eta, faktore osoaren DOEk 7 parametro baino gehiago erabil ditzake, ereduak 8 parametro ditu eta ANSYSek DOE emaitzen analisia ez du 6 sigmako software profesionala bezain integrala eta ezin du elkarreragina kudeatu. Hori dela eta, APDL erabiltzen dugu DOE begizta bat idazteko programaren emaitzak kalkulatzeko eta ateratzeko, eta gero datuak Minitab-en jartzen ditugu aztertzeko.
3.2.2 DOE emaitzen analisia
Minitab-en DOE analisia 4. irudian agertzen da eta faktore eragile nagusiak eta elkarreraginaren analisia biltzen ditu. Eraginaren faktoreen analisi nagusia diseinurako aldagai aldaketek eragin handiagoa duten xede aldagaian duten eragina zehazteko erabiltzen da, eta, horrela, diseinu aldagai garrantzitsuak zein diren adierazteko. Faktoreen arteko elkarrekintza aztertzen da faktoreen maila zehazteko eta diseinu aldagaien arteko akoplamendua murrizteko. Konparatu beste faktore batzuen aldaketa maila diseinu faktorea altua edo baxua denean. Axioma independentearen arabera, diseinu optimoa ez dago elkarren artean bateratuta, beraz, aukeratu hain aldakorra ez den maila.
Lan honetan soldatutako tresneriaren analisiaren emaitzak hauek dira: diseinuaren parametro garrantzitsuak kanpoko arkuaren erradioa eta tresneriaren zirrikituaren zabalera dira. Bi parametroen maila "altua" da, hau da, erradioak balio handiagoa hartzen du DOEn, eta zirrikitu zabalerak ere balio handiagoa hartzen du. Parametro garrantzitsuak eta horien balioak zehaztu ziren, eta orduan beste zenbait parametro erabili ziren ANSYS-en diseinua optimizatzeko tresneriaren maiztasuna soldatzeko makinaren funtzionamendu maiztasunera egokitzeko. Optimizazio prozesua honakoa da.
3.3 Helburuen parametroen optimizazioa (tresneriaren maiztasuna)
Diseinuaren optimizazioaren parametroen ezarpenak DOEren antzekoak dira. Aldea da bi parametro garrantzitsuren balioak zehaztu direla, eta beste hiru parametroak materialen propietateekin lotuta daudela, zarata gisa hartzen direnak eta ezin direnak optimizatu. Doitu daitezkeen gainerako hiru parametroak zirrikituaren posizio axiala, luzera eta tresneriaren zabalera dira. Optimizazioak ANSYS-en azpiproblemaren hurbilketa metodoa erabiltzen du, ingeniaritza arazoetan oso erabilia den metodoa da, eta prozesu espezifikoa alde batera uzten da.
Azpimarratzekoa da maiztasuna helburu aldagai gisa erabiltzeak trebetasun apur bat eskatzen duela funtzionamenduan. Diseinurako parametro asko eta aldakuntza ugari dagoenez, tresneriaren bibrazio moduak asko dira intereseko maiztasun tartean. Analisi modalaren emaitza zuzenean erabiltzen bada, zaila da lehen mailako modu axiala aurkitzea, sekuentzia modala tartekatzea parametroak aldatzean gerta baitaiteke, hau da, jatorrizko moduari dagokion maiztasun naturalaren ordinala aldatzen denean. Hori dela eta, artikulu honek analisi modala hartzen du lehenik, eta gero gainjarritako modal metodoa erabiltzen du maiztasunaren erantzunaren kurba lortzeko. Maiztasunari erantzuteko kurbaren goiko balioa aurkituz gero, dagokion maiztasun modala ziurtatu dezake. Hori oso garrantzitsua da optimizazio automatikoaren prozesuan, modalitatea eskuz zehazteko beharra ezabatuz.
Optimizazioa amaitu ondoren, tresneriaren diseinuaren lan maiztasuna helburuko maiztasunetik oso gertu egon daiteke, eta errorea optimizazioan zehaztutako tolerantzia balioa baino txikiagoa da. Une honetan, tresneriaren diseinua zehazten da funtsean, eta ondoren fabrikazio tolerantziak ekoizpen diseinurako.
3.4 Tolerantziaren diseinua
Egiturazko diseinu orokorra diseinu parametro guztiak zehaztu ondoren amaitzen da, baina ingeniaritza arazoetarako, batez ere masa produkzioaren kostua kontuan hartuta, tolerantzia diseinua ezinbestekoa da. Doitasun txikiaren kostua ere murrizten da, baina diseinuaren metrikak betetzeko gaitasunak kalkulu estatistikoak eskatzen ditu kalkulu kuantitatiboak egiteko. ANSYSeko PDS Probabilitatea Diseinatzeko Sistemak hobeto azter dezake diseinu parametroen tolerantziaren eta helburu parametroen tolerantziaren arteko erlazioa, eta erlazionatutako txosten fitxategiak sor ditzake.
3.4.1 PDS parametroen ezarpenak eta kalkuluak
DFSS ideiaren arabera, tolerantziaren analisia diseinu parametro garrantzitsuetan egin behar da, eta beste tolerantzia orokor batzuk enpirikoki zehaztu daitezke. Dokumentu honetako egoera nahiko berezia da, izan ere, mekanizatzeko gaitasunaren arabera, diseinu geometrikoaren parametroen fabrikazio-tolerantzia oso txikia da eta azken tresneriaren maiztasunean eragin txikia du; lehengaien parametroak hornitzaileengatik oso desberdinak dira eta lehengaien prezioak tresneria prozesatzeko kostuen% 80 baino gehiago dira. Hori dela eta, beharrezkoa da materialaren propietateei zentzuzko tolerantzia tartea ezartzea. Hemen dauden materialen propietate garrantzitsuak dentsitatea, elastikotasun modulua eta soinu uhinaren hedapen abiadura dira.
Tolerantziaren analisiak ANSYS-en Monte Carlo simulazio ausazkoa erabiltzen du Latin Hiperkubo metodoa dastatzeko, laginketa-puntuen banaketa uniformeagoa eta arrazoizkoagoa izan baitaiteke eta korrelazio hobea puntu gutxiagorekin lor dezakeelako. Lan honek 30 puntu ezartzen ditu. Demagun hiru parametro materialen tolerantziak Gauss-en arabera banatzen direla, hasieran goiko eta beheko muga emanez, eta gero ANSYS-en kalkulatuta.
3.4.2 PDS emaitzen analisia
PDSren kalkuluaren bidez, 30 laginketa puntuei dagozkien helburu aldagaien balioak ematen dira. Helburu aldagaien banaketa ezezaguna da. Parametroak Minitab softwarearen bidez egokitzen dira berriro, eta maiztasuna normalean banaketa normalaren arabera banatzen da. Honek tolerantziaren analisiaren teoria estatistikoa bermatzen du.
PDS kalkuluak formula egoki bat ematen du diseinu aldagaitik xede aldagaiaren tolerantzia hedapenera arte: non y xede aldagaia den, x diseinuko aldagaia, c korrelazio koefizientea eta i zenbakia aldagaia den.

Horren arabera, helburu tolerantzia diseinu aldagai bakoitzari esleitu dakioke tolerantzia diseinatzeko lana osatzeko.
3.5 Egiaztapen esperimentala
Aurreko aldea soldadura tresna osoaren diseinu prozesua da. Amaitu ondoren, lehengaiak diseinuak onartzen dituen materialen tolerantzien arabera erosten dira, eta gero fabrikazioan entregatzen dira. Maiztasuna eta modalitateko probak fabrikazioa amaitu ondoren egiten dira, eta erabilitako proba metodoa frankotiratzaileen proba metodo errazena eta eraginkorrena da. Indize kezkatuena lehen mailako maiztasun axial modala denez, azelerazio sentsorea laneko gainazalari lotuta dago eta beste muturra axial norabidean jotzen da eta tresneriaren benetako maiztasuna analisi espektralaren bidez lor daiteke. Diseinuaren simulazio emaitza 14925 Hz da, probaren emaitza 14954 Hz da, maiztasun bereizmena 16 Hz da eta errore maximoa% 1 baino txikiagoa da. Ikus daiteke kalkulu modalean elementu finituen simulazioaren zehaztasuna oso handia dela.
Proba esperimentala gainditu ondoren, tresneria ultrasoinu bidezko soldadurako makinan ekoizten eta muntatzen da. Erreakzio egoera ona da. Lanak urte erdi baino gehiago egonkor egon dira, eta soldadura kualifikazio tasa altua da, eta horrek ekipoen fabrikatzaile orokorrak agindutako hiru hilabeteko iraupena gainditu du. Horrek erakusten du diseinua arrakastatsua dela eta fabrikazio prozesua ez dela behin eta berriz aldatu eta doitu, denbora eta eskulana aurreztuz.
4 Ondorioa
Artikulu hau ultrasoinu bidezko plastikozko soldaduraren printzipioarekin hasten da, soldaduraren ardatz teknikoa sakonki ulertzen du eta tresneria berrien diseinua kontzeptua proposatzen du. Ondoren, erabili elementu finituen simulazio funtzio indartsua diseinua zehatz-mehatz aztertzeko eta aurkeztu DFSSren 6 Sigma diseinuaren ideia, eta kontrolatu diseinu parametro garrantzitsuak ANSYS DOE diseinu esperimentalaren eta PDS tolerantziaren analisiaren bidez diseinu sendoa lortzeko. Azkenean, tresneria arrakastaz fabrikatu zen behin, eta diseinua arrazoizkoa izan zen maiztasun esperimentalaren probaren eta produkzioaren egiaztapenaren arabera. Gainera, frogatzen du diseinu metodoen multzo hau bideragarria eta eraginkorra dela.