iroyin

nd26751326-how_to_use_fem_ansys_parameter_optimization_and_probability_design_of_ultrasonic_welding_horn

Ọrọ Iṣaaju

Pẹlu idagbasoke imọ-ẹrọ ultrasonic, ohun elo rẹ pọ si ati siwaju sii, o le ṣee lo lati nu awọn patikulu idoti kekere, ati pe o tun le ṣee lo fun irin alurinmorin tabi ṣiṣu. Paapa ni awọn ọja ṣiṣu oni, alurinmorin ultrasonic jẹ lilo julọ, nitori a ti yọ ilana fifọ, irisi le jẹ pipe diẹ sii, ati pe iṣẹ ti mabomire ati eruku eruku tun ti pese. Apẹrẹ ti iwo onirin ṣiṣu ni ipa pataki lori didara sisọ ikẹhin ati agbara iṣelọpọ. Ni iṣelọpọ awọn mita ina tuntun, a lo awọn igbi omi ultrasonic lati dapọ awọn oju oke ati isalẹ pọ. Sibẹsibẹ, lakoko lilo, a rii pe diẹ ninu awọn iwo ti fi sori ẹrọ lori ẹrọ ati fifọ ati awọn ikuna miiran waye ni igba diẹ. Diẹ ninu iwo alurinmorin Iwọn abawọn jẹ giga. Orisirisi awọn aṣiṣe ni o ni ipa nla lori iṣelọpọ. Gẹgẹbi oye, awọn olupese ẹrọ ni awọn agbara apẹrẹ opin fun iwo, ati nigbagbogbo nipasẹ awọn atunṣe tunṣe lati ṣaṣeyọri awọn afihan apẹrẹ. Nitorinaa, o jẹ dandan lati lo awọn anfani imọ-ẹrọ ti ara wa lati dagbasoke iwo ti o tọ ati ọna apẹrẹ ti o bojumu.

2 Ultrasonic alurinmorin opo

Alurinmorin ṣiṣu Ultrasonic jẹ ọna ṣiṣe ti o lo apapo ti thermoplastics ninu igbohunsafẹfẹ agbara ti a fi agbara mu gbigbọn, ati awọn ipele alurinmorin n ba ara wọn mu lati ṣe iyọ agbegbe ti iwọn otutu giga ti agbegbe. Lati le ṣe aṣeyọri awọn abajade alurinmorin ultrasonic to dara, ẹrọ, awọn ohun elo ati awọn ipilẹ ilana ni a nilo. Atẹle yii jẹ ifihan ṣoki si ipilẹ rẹ.

2.1 Eto alurinmorin ṣiṣu Ultrasonic

Olusin 1 ni a sikematiki wiwo ti a alurinmorin eto. Agbara itanna ti kọja nipasẹ olupilẹṣẹ ifihan agbara ati olupilẹṣẹ agbara lati ṣe ifihan agbara itanna miiran ti igbohunsafẹfẹ ultrasonic (> 20 kHz) ti o lo si transducer (piezoelectric seramiki). Nipasẹ onitumọ, agbara itanna di agbara ti gbigbọn ẹrọ, ati titobi ti gbigbọn ẹrọ jẹ atunṣe nipasẹ iwo si titobi iṣẹ ti o yẹ, ati lẹhinna tan-ara ni iṣọkan si ohun elo ti o kan pẹlu rẹ nipasẹ iwo. Awọn ipele ibasepọ ti awọn ohun elo alurinmorin meji ni o wa labẹ gbigbọn igbohunsafẹfẹ ti a fi agbara mu, ati ooru edekoyede n ṣe iyọ agbegbe otutu giga agbegbe. Lẹhin itutu agbaiye, awọn ohun elo ti wa ni idapọ lati ṣaṣeyọri alurinmorin

Ninu eto alurinmorin, orisun ifihan agbara jẹ apakan iyika ti o ni iyika ampilifaya agbara ti iduroṣinṣin igbohunsafẹfẹ ati agbara awakọ ni ipa lori iṣẹ ẹrọ naa. Ohun elo naa jẹ thermoplastic kan, ati apẹrẹ ti oju apapọ ni o nilo lati ronu bi o ṣe le ṣe ina ooru ati iduro ni yarayara. Awọn onitumọ, iwo ati iwo ni gbogbo wọn le gba awọn ẹya iṣe ẹrọ fun itupalẹ irọrun ti sisopọ ti awọn gbigbọn wọn. Ninu alurinmorin ṣiṣu, gbigbọn ẹrọ jẹ zqwq ni irisi awọn igbi gigun. Bii o ṣe le gbe agbara ni irọrun ati ṣatunṣe titobi jẹ aaye akọkọ ti apẹrẹ.

2.2horn

Na mu bi awọn olubasọrọ ni wiwo laarin awọn ultrasonic alurinmorin ẹrọ ati awọn ohun elo ti. Iṣe akọkọ rẹ ni lati tan kaakiri gbigbọn ẹrọ onigun gigun ti o ṣe jade nipasẹ oniruuru ni deede ati daradara si awọn ohun elo naa. Ohun elo ti a lo jẹ igbagbogbo alloy aluminiomu didara tabi paapaa titaniji alloy. Nitori apẹrẹ awọn ohun elo ṣiṣu yipada pupọ, hihan yatọ si pupọ, ati iwo naa ni lati yipada ni ibamu. Apẹrẹ ti oju-iṣẹ ṣiṣẹ yẹ ki o ni ibamu daradara pẹlu ohun elo, nitorina ki o má ba ba ṣiṣu jẹ nigba gbigbọn; ni akoko kanna, akọkọ-aṣẹ gbigbọn gigun igbagbogbo yẹ ki o wa ni ipopọ pẹlu igbohunsafẹfẹ ti o wu jade ti ẹrọ alurinmorin, bibẹkọ ti agbara gbigbọn yoo run ni inu. Nigbati iwo ba gbọn, aifọkanbalẹ wahala agbegbe waye. Bii o ṣe le ṣe iṣapeye awọn ẹya agbegbe wọnyi tun jẹ imọran apẹrẹ. Nkan yii ṣawari bi o ṣe le lo iwo iwo ANSYS lati jẹ ki awọn iwọn apẹrẹ ati awọn ifarada iṣelọpọ ṣiṣẹ.

3 alurinmorin iwo iwo

Gẹgẹbi a ti sọ tẹlẹ, apẹrẹ ti iwo alurinmorin jẹ pataki pupọ. Ọpọlọpọ awọn olupese olupese ẹrọ ultrasonic wa ni Ilu Ṣaina ti o ṣe awọn iwo ti ara wọn, ṣugbọn apakan pataki ninu wọn jẹ awọn imita, lẹhinna wọn n ge gige nigbagbogbo ati idanwo. Nipasẹ ọna atunṣe atunṣe yii, iṣọkan ti iwo ati igbohunsafẹfẹ ohun elo ti waye. Ninu iwe yii, ọna eroja opin ni a le lo lati pinnu igbohunsafẹfẹ nigbati o n ṣe apẹrẹ iwo naa. Abajade idanwo iwo ati aṣiṣe igbohunsafẹfẹ apẹrẹ jẹ 1% nikan. Ni igbakanna, iwe yii ṣafihan imọran ti DFSS (Apẹrẹ Fun Sigma Mẹfa) lati je ki o ṣe apẹrẹ iwo ti o lagbara. Erongba ti apẹrẹ 6-Sigma ni lati gba ohun alabara ni kikun ninu ilana apẹrẹ fun apẹrẹ ifojusi; ati iṣaro-tẹlẹ ti awọn iyapa ti o le ṣee ṣe ni ilana iṣelọpọ lati rii daju pe didara ọja ikẹhin ti pin laarin ipele ti oye. Ilana apẹrẹ ni a fihan ni Nọmba 2. Bibẹrẹ lati idagbasoke awọn olufihan apẹrẹ, iṣeto ati awọn iwọn ti iwo ni ipilẹṣẹ ni akọkọ gẹgẹbi iriri ti o wa. A ṣe agbekalẹ awoṣe parametric ni ANSYS, ati lẹhinna awoṣe naa ni ipinnu nipasẹ ọna apẹrẹ imudara imudara (DOE). Awọn ipele pataki, ni ibamu si awọn ibeere to lagbara, pinnu iye, ati lẹhinna lo ọna iha-iṣoro lati mu awọn ipele miiran dara. Mu sinu ipa ti awọn ohun elo ati awọn aye ayika lakoko iṣelọpọ ati lilo iwo, o tun ti ṣe apẹrẹ pẹlu awọn ifarada lati pade awọn ibeere ti awọn idiyele iṣelọpọ. Lakotan, iṣelọpọ, idanwo ati apẹrẹ imọran idanwo ati aṣiṣe gangan, lati pade awọn olufihan apẹrẹ ti a firanṣẹ. Ifihan alaye-ni-igbesẹ atẹle.

20200117113651_36685

3.1 Apẹrẹ apẹrẹ jiometirika (iṣeto awoṣe awoṣe)

Ṣiṣẹda iwo alurinmorin ni akọkọ pinnu ipinnu isomọ ati isọdi jiometirika rẹ ti o si ṣeto awoṣe apẹrẹ fun itupalẹ atẹle. Nọmba 3 a) jẹ apẹrẹ ti iwo alurinmorin ti o wọpọ, ninu eyiti nọmba kan ti awọn fifọ U-sókè ti ṣii ni itọsọna ti gbigbọn lori ohun elo ti o sunmọ kuboidi. Awọn iwọn apapọ ni awọn gigun ti awọn itọsọna X, Y, ati Z, ati awọn ọna ita X ati Y jẹ afiwera lapapọ si iwọn ti iṣẹ-iṣẹ ti a fiwera. Gigun Z jẹ dogba si igbi gigun idaji ti igbi ultrasonic, nitori ninu imọran gbigbọn kilasika, igbohunsafẹfẹ axial igbohunsafẹfẹ akọkọ ti ohun ti o ni elongated jẹ ipinnu nipasẹ ipari rẹ, ati ipari-igbi idaji jẹ deede ti baamu pẹlu akositiki igbohunsafẹfẹ igbi. Apẹrẹ yii ti ni ilọsiwaju. Lo, jẹ anfani si itankale awọn igbi ohun. Idi ti yara U-sókè ni lati dinku isonu ti gbigbọn ita ti iwo naa. Ipo, iwọn ati nọmba ti pinnu ni ibamu si iwọn apapọ iwo naa. O le rii pe ninu apẹrẹ yii, awọn aye kekere ti o wa ti o le ṣe itọsọna larọwọto, nitorinaa a ti ṣe awọn ilọsiwaju lori ipilẹ yii. Nọmba 3 b) jẹ iwo tuntun ti a ṣe apẹrẹ ti o ni iwọn ilawọn ọkan diẹ sii ju aṣa aṣa lọ: radius aaki lode R. Ni afikun, a ti gbin ibọn lori oju iṣẹ ti iwo naa lati fọwọsowọpọ pẹlu oju iṣẹ ṣiṣu, eyiti o jẹ anfani lati tan kaakiri agbara gbigbọn ati aabo iṣẹ-ṣiṣe lati ibajẹ. Awoṣe yii jẹ awoṣe modulu ni igbagbogbo ni ANSYS, ati lẹhinna apẹrẹ iwadii atẹle.

3.2 ṢE apẹrẹ adanwo (ipinnu awọn ipilẹ pataki)

DFSS ti ṣẹda lati yanju awọn iṣoro ṣiṣe iṣe iṣe. Ko lepa pipe, ṣugbọn o munadoko ati logan. O jẹ ero ti 6-Sigma, o gba ilodisi akọkọ, o si kọ “99.97%” silẹ, lakoko ti o nilo apẹrẹ lati jẹ alatako pupọ si iyatọ ayika. Nitorinaa, ṣaaju ṣiṣe iṣapeye paramita afojusun, o yẹ ki o wa ni iṣaju akọkọ, ati pe iwọn ti o ni ipa pataki lori eto yẹ ki o yan, ati pe awọn iye wọn yẹ ki o pinnu ni ibamu si ilana agbara.

3.2.1 ṢE eto eto paramita ati DOE

Awọn ipele apẹrẹ jẹ apẹrẹ iwo ati ipo iwọn ti yara U-sókè, ati bẹbẹ lọ, apapọ mẹjọ. Paramita ti o fojusi jẹ igbohunsafẹfẹ gbigbọn asia ibere akọkọ nitori o ni ipa ti o tobi julọ lori weld, ati wahala ti o pọju ti o pọ julọ ati iyatọ ninu titobi oju iṣẹ ti ni opin bi awọn oniyipada ipinle. Ni ibamu si iriri, o gba pe ipa ti awọn ipele lori awọn abajade jẹ laini, nitorinaa a ṣeto ipin kọọkan si awọn ipele meji, giga ati kekere. Atokọ awọn aye ati awọn orukọ ti o baamu jẹ atẹle.

A ṣe DOE ni ANSYS nipa lilo awoṣe ipilẹ ti a ti ṣeto tẹlẹ. Nitori awọn idiwọn sọfitiwia, ifosiwewe ni kikun DOE le lo to awọn ipele 7 nikan, lakoko ti awoṣe ni awọn ipilẹ 8, ati itupalẹ ANSYS ti awọn abajade DOE ko jẹ pipe bi sọfitiwia 6-sigma ọjọgbọn, ko si le mu ibaraenisepo. Nitorinaa, a lo APDL lati kọ loop DOE lati ṣe iṣiro ati jade awọn abajade ti eto naa, ati lẹhinna fi data sinu Minitab fun itupalẹ.

3.2.2 Onínọmbà ti awọn abajade DOE

Onínọmbà DOE ti Minitab ni a fihan ni Nọmba 4 ati pẹlu igbekale awọn ifosiwewe ipa akọkọ ati onínọmbà ibaraenisepo. Onínọmbà ifosiwewe ipa ipa akọkọ ni a lo lati pinnu iru awọn iyipada iyipada apẹrẹ ti o ni ipa nla lori oniyipada ibi-afẹde, nitorinaa o tọka eyiti o jẹ awọn oniye apẹrẹ pataki. Ibaraẹnisọrọ laarin awọn ifosiwewe lẹhinna ni itupalẹ lati pinnu ipele ti awọn ifosiwewe ati lati dinku iwọn isopọ laarin awọn oniye apẹrẹ. Ṣe afiwe iwọn iyipada ti awọn ifosiwewe miiran nigbati ifosiwewe apẹrẹ ga tabi kekere. Gẹgẹbi axiom olominira, apẹrẹ ti o dara julọ ko ni asopọ si ara wọn, nitorinaa yan ipele ti o kere si iyipada.

Awọn abajade onínọmbà ti iwo alurinmorin ninu iwe yii ni: awọn ipilẹ apẹrẹ pataki ni radius aaki ita ati iwọn iho iwo naa. Ipele ti awọn ipele mejeeji jẹ “giga”, iyẹn ni pe, radius gba iye ti o tobi julọ ni DOE, ati wiwọn ibọn naa tun gba iye ti o tobi julọ. Awọn ipinnu pataki ati awọn iye wọn ni a pinnu, ati lẹhinna ọpọlọpọ awọn iṣiro miiran ni a lo lati je ki apẹrẹ ni ANSYS lati ṣatunṣe igbohunsafẹfẹ iwo lati baamu igbohunsafẹfẹ iṣẹ ti ẹrọ alurinmorin. Ilana ti o dara julọ jẹ atẹle.

3.3 Iṣojuuṣe paramita afojusun (iwo igbohunsafẹfẹ)

Awọn eto paramita ti iṣapeye apẹrẹ jẹ iru awọn ti DOE. Iyatọ ni pe awọn iye ti awọn ipele pataki meji ti pinnu, ati awọn ipele mẹta miiran miiran ni ibatan si awọn ohun-ini ohun elo, eyiti a ṣe akiyesi bi ariwo ati pe ko le ṣe iṣapeye. Awọn ipele mẹta ti o ku ti o le ṣe atunṣe ni ipo asulu ti iho, ipari ati iwo iwo. Imudarasi nlo ọna isunmọ isunmọ subproblem ni ANSYS, eyiti o jẹ ọna ti a lo ni ibigbogbo ninu awọn iṣoro imọ-ẹrọ, ati pe a ti yọ ilana pato kuro.

O tọ lati ṣe akiyesi pe lilo igbohunsafẹfẹ bi oniyipada ibi-afẹde nilo ogbon diẹ ninu išišẹ. Nitori ọpọlọpọ awọn ipilẹ apẹrẹ ati ọpọlọpọ iyatọ, ọpọlọpọ awọn ipo gbigbọn ti iwo pọ ni ọpọlọpọ ipo igbohunsafẹfẹ ti iwulo. Ti abajade ti onínọmbà modal ba lo taara, o nira lati wa ipo asulu ibere-akọkọ, nitori idapo ọna ọkọọkan le waye nigbati awọn ipele ba yipada, iyẹn ni, ilana igbohunsafẹfẹ adani deede ti o baamu ipo atilẹba. Nitorinaa, iwe yii gba igbekale ipo akọkọ, lẹhinna lo ọna superposition modal lati gba igbipada igbohunsafẹfẹ igbohunsafẹfẹ. Nipa wiwa iye oke ti igbi esi igbohunsafẹfẹ, o le rii daju ipo igbohunsafẹfẹ ipo. Eyi ṣe pataki pupọ ninu ilana iṣapeye aifọwọyi, imukuro iwulo lati ṣe ipinnu modulu pẹlu ọwọ.

Lẹhin ti o dara ju ti pari, igbohunsafẹfẹ ṣiṣẹ apẹrẹ ti iwo le sunmọ nitosi igbohunsafẹfẹ ibi-afẹde, ati pe aṣiṣe jẹ kere ju iye ifarada ti a ṣalaye ninu iṣapeye. Ni aaye yii, apẹrẹ iwo ni ipilẹ pinnu, tẹle pẹlu awọn ifarada iṣelọpọ fun apẹrẹ iṣelọpọ.

20200117113652_29938

3.4 Oniru ifarada

Aṣa igbekalẹ gbogbogbo ti pari lẹhin ti a ti pinnu gbogbo awọn ipele apẹrẹ, ṣugbọn fun awọn iṣoro imọ-ẹrọ, paapaa nigbati o ba nronu idiyele ti iṣelọpọ ọpọ, apẹrẹ ifarada jẹ pataki. Iye owo ti iṣedede kekere tun dinku, ṣugbọn agbara lati pade awọn iṣiro apẹrẹ nilo awọn iṣiro iṣiro fun awọn iṣiro iye iwọn. Eto Oniru Iṣeeṣe PDS ni ANSYS le ṣe itupalẹ ibasepọ daradara laarin ifarada paramita apẹrẹ ati ifarada paramita afojusun, ati pe o le ṣe agbejade awọn faili ijabọ ibatan to pari.

3.4.1 PDS awọn eto paramita ati awọn iṣiro

Gẹgẹbi imọran DFSS, onínọmbà ifarada yẹ ki o ṣe lori awọn ipilẹ apẹrẹ pataki, ati awọn ifarada gbogbogbo miiran le pinnu ni agbara. Ipo ti o wa ninu iwe yii jẹ pataki pupọ, nitori ni ibamu si agbara sisẹ ẹrọ, ifarada iṣelọpọ ti awọn iwọn apẹrẹ jiometirika jẹ kekere pupọ, ati pe o ni ipa diẹ lori igbohunsafẹfẹ iwo ikẹhin; lakoko ti awọn ipilẹ ti awọn ohun elo aise yatọ si pupọ nitori awọn olupese, ati idiyele ti awọn ohun elo aise fun Diẹ sii ju 80% ti awọn idiyele ṣiṣe iwo. Nitorinaa, o jẹ dandan lati ṣeto ibiti ifarada ti o yẹ fun awọn ohun-ini ohun elo. Awọn ohun-ini ohun elo ti o yẹ nibi ni iwuwo, modulu ti rirọ ati iyara ti ikede igbi ohun.

Onínọmbà ifarada lo idanimọ Monte Carlo laileto ni ANSYS lati ṣe apẹẹrẹ ọna Latin Hypercube nitori pe o le ṣe pinpin awọn aaye iṣapẹẹrẹ diẹ aṣọ ati oye, ati gba ibaramu to dara julọ nipasẹ awọn aaye diẹ. Iwe yii ṣeto awọn aaye 30. Ṣebi pe awọn ifarada ti awọn ipilẹ ohun elo mẹta ni a pin kakiri ni ibamu si Gauss, lakoko ti a fun ni opin oke ati isalẹ, ati lẹhinna ṣe iṣiro ni ANSYS.

3.4.2 Onínọmbà ti awọn abajade PDS

Nipasẹ iṣiro ti PDS, awọn iye iyipada afojusun ti o baamu si awọn aaye ayẹwo 30 ni a fun. Pinpin awọn oniyipada afojusun jẹ aimọ. Awọn ipele naa ti wa ni ibamu lẹẹkansi nipa lilo sọfitiwia Minitab, ati pe igbohunsafẹfẹ pin kakiri ni ibamu si pinpin deede. Eyi ṣe idaniloju ilana iṣiro ti onínọmbà ifarada.

Iṣiro PDS n fun agbekalẹ ti o yẹ lati oniyipada apẹrẹ si imugboroosi ifarada ti oniyipada ibi-afẹde: nibiti y jẹ oniyipada afojusun, x ni oniyipada apẹrẹ, c ni iyeida ibamu, ati pe emi ni nọmba oniyipada.

Ni ibamu si eyi, a le fi ifarada ifojusi si oniyipada apẹrẹ kọọkan lati pari iṣẹ-ṣiṣe ti ifarada ifarada.

3.5 Ijẹrisi Idanwo

Apakan iwaju jẹ ilana apẹrẹ ti gbogbo iwo alurinmorin. Lẹhin ipari, a ra awọn ohun elo aise ni ibamu si awọn ifarada ohun elo ti a gba laaye nipasẹ apẹrẹ, ati lẹhinna firanṣẹ si iṣelọpọ. A ṣe igbohunsafẹfẹ ati idanwo modal lẹhin ti iṣelọpọ ti pari, ati ọna idanwo ti a lo ni ọna idanwo sniper ti o rọrun julọ ati ti o munadoko julọ. Nitori itọka ti o ni ifiyesi julọ jẹ ipo igbohunsafẹfẹ ipo axial akọkọ, sensọ isare ti wa ni asopọ si oju iṣẹ, ati pe opin miiran ni a kọlu pẹlu itọsọna asulu, ati pe igbohunsafẹfẹ gangan ti iwo naa le gba nipasẹ onínọmbà iwoye. Abajade iṣeṣiro ti apẹrẹ jẹ 14925 Hz, abajade idanwo jẹ 14954 Hz, ipinnu igbohunsafẹfẹ jẹ 16 Hz, ati pe aṣiṣe ti o pọ julọ kere ju 1%. O le rii pe deede ti kikopa nkan adópin ninu iṣiro modal jẹ giga pupọ.

Lẹhin ti o kọja idanwo adanwo, iwo naa ni a fi sinu iṣelọpọ ati apejọ lori ẹrọ alurinmorin ultrasonic. Ipo ifaseyin dara. Iṣẹ naa ti jẹ iduroṣinṣin fun diẹ ẹ sii ju idaji ọdun lọ, ati iyege iyege alurinmorin jẹ giga, eyiti o ti kọja igbesi aye iṣẹ oṣu mẹta ti ileri nipasẹ olupese ẹrọ gbogbogbo. Eyi fihan pe apẹrẹ naa ṣaṣeyọri, ati ilana iṣelọpọ ko ti tunṣe ati tunṣe leralera, fifipamọ akoko ati agbara eniyan.

4 Ipari

Iwe yii bẹrẹ pẹlu ilana ti alurinmorin ṣiṣu ultrasonic, jinna di idojukọ imọ-ẹrọ ti alurinmorin, ati dabaa imọran apẹrẹ ti iwo tuntun. Lẹhinna lo iṣẹ iṣeṣiro to lagbara ti apa adari lati ṣe itupalẹ apẹrẹ ni ṣoki, ati ṣafihan imọran apẹrẹ 6-Sigma ti DFSS, ati ṣakoso awọn ipilẹ apẹrẹ pataki nipasẹ apẹẹrẹ adanwo ANSYS DOE ati itupalẹ ifarada PDS lati ṣe aṣeyọri apẹrẹ ti o lagbara. Lakotan, iwo naa ni iṣelọpọ ṣelọpọ ni ẹẹkan, ati pe apẹrẹ jẹ oye nipasẹ idanwo igbohunsafẹfẹ adanwo ati ijẹrisi iṣelọpọ gangan. O tun jẹri pe ṣeto awọn ọna apẹrẹ jẹ ṣeeṣe ati doko.


Akoko ifiweranṣẹ: Oṣu kọkanla-04-2020