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, erabiltzean, adar batzuk makinan instalatuta daudela eta pitzatuta daudela eta beste hutsegite batzuk denbora epe laburrean gertatzen direla ikusi da. Zenbait soldadurako tronpa Akats tasa handia da. Hainbat akatsek eragin nabarmena izan dute ekoizpenean. Ulertutakoaren arabera, ekipoen hornitzaileek adarraren diseinurako gaitasun mugatuak dituzte, eta askotan errepikatutako konponketen bidez diseinuaren adierazleak lortzeko. Hori dela eta, beharrezkoa da gure abantaila teknologikoak erabiltzea tronpa iraunkorra 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 berarekin harremanetan dagoen materialari adarraren bidez transmititzen zaio. 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 adarrak egitura mekanikotzat har daitezke haien 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.

2.2horn

Adarrak 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 adarra 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. Adarrak dardara egiten duenean, bertako estres kontzentrazioa gertatzen da. Tokiko egitura horiek nola optimizatu diseinua ere kontuan hartu behar da. Artikulu honek ANSYS diseinuaren tronpa nola aplikatu aztertzen du, diseinu parametroak eta fabrikazio tolerantziak optimizatzeko.

3 soldatzeko tronpa diseinua

Arestian aipatu bezala, soldadura tronparen diseinua nahiko garrantzitsua da. Ultrasoinu ekipoen hornitzaile asko daude Txinan beren soldadura adarrak ekoizten dituztenak, baina horien zati handi bat imitazioak dira, eta gero etengabe mozten eta probatzen ari dira. Doikuntza errepikatuko metodo honen bidez, tronpa eta ekipoen maiztasunaren koordinazioa lortzen da. Artikulu honetan, tronpa diseinatzerakoan maiztasuna zehazteko elementu finituen metodoa erabil daiteke. Adarraren probaren emaitza eta diseinuaren maiztasun errorea% 1 baino ez dira. Aldi berean, artikulu honek DFSS (Design For Six Sigma) kontzeptua aurkezten du adarraren diseinu optimoa 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, tronparen egitura eta neurriak hasieran dagoen 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. Adarraren 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)

Soldadura-tronpa diseinatzeak lehenik eta behin bere gutxi gorabeherako forma eta egitura geometrikoa zehazten du eta eredu parametrikoa ezartzen du ondorengo analisia egiteko. 3. a) irudia soldadurako tronpa arruntenaren diseinua da, eta bertan U formako zirrikitu batzuk irekitzen dira bibrazio norabidean gutxi gorabehera kuboidearen 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 adarraren alboko bibrazioaren galera murriztea da. Posizioa, tamaina eta kopurua adarraren tamaina orokorraren arabera zehazten dira. Ikusten denez, diseinu honetan askatasun osoz erregula daitezkeen parametro gutxiago daude eta, beraz, hobekuntzak egin ditugu oinarri horretan. 3. b) irudia diseinu berriaren adar bat da, diseinu tradizionalak baino tamaina parametro bat gehiago duena: kanpoko arku erradioa. Gainera, zirrikitua adarraren lan gainazalean grabatuta dago 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 adarraren forma eta U formako zirrikituaren tamaina 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.

Artikulu honetako soldaduraren adarraren emaitzak hauek dira: diseinuaren parametro garrantzitsuak kanpoko arkuaren erradioa eta adarraren 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 hainbat parametro erabili ziren ANSYS-en diseinua optimizatzeko adarraren maiztasuna soldatzeko makinaren funtzionamendu maiztasunera egokitzeko. Optimizazio prozesua honakoa da.

3.3 Helburuen parametroen optimizazioa (tronpa 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 tronpa 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, adarraren 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, adarraren diseinuaren lan maiztasuna helburuko maiztasunetik oso gertu egon daiteke, eta errorea optimizazioan zehaztutako tolerantzia balioa baino txikiagoa da. Une honetan, adarraren 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. Artikulu honetako egoera nahiko berezia da, izan ere, mekanizatzeko gaitasunaren arabera, diseinu geometrikoaren parametroen fabrikazio-tolerantzia oso txikia da, eta azken adarraren maiztasunean eragin txikia du; lehengaien parametroak hornitzaileengatik oso desberdinak dira, eta lehengaien prezioak adarra 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 tronpa 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 lotzen zaio eta beste muturra axial norabidean jotzen da eta adarraren 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, adarra 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 tronpa berriaren diseinu 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, tronpa behin arrakastaz fabrikatu zen, eta diseinua arrazoizkoa izan zen maiztasun esperimentalaren probaren eta ekoizpenaren egiaztapenaren arabera. Gainera, frogatzen du diseinu metodoen multzo hau bideragarria eta eraginkorra dela.