ansys參數(shù)優(yōu)化和概率設(shè)計在超聲波焊接工裝上的應(yīng)用(已修改)
2025-01-24 04:31 本頁面
【正文】 摘 要：超聲波 技術(shù) 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬、塑料焊接工藝中。焊接工裝（ Horn），因其對結(jié)構(gòu)動力學(xué)方面的高性能要求，傳統(tǒng)的仿造、修模設(shè)計方法已不能適應(yīng)塑料產(chǎn)品多變的要求。本文從超聲波塑料焊接的原理入手，通過有限元法進行固有頻率和模態(tài)分析，設(shè)計新型工裝，滿足有效傳遞和均勻分配振動能量的功能要求。在設(shè)計過程中結(jié)合 ANSYS的參數(shù)化建模、全因子實驗設(shè)計優(yōu)化（ DOE）和概率設(shè)計系統(tǒng)（ PDS）模塊，進行參數(shù)設(shè)計和健壯性設(shè)計，調(diào) 整幾何尺寸，使得工裝的固有頻率和超聲波頻率匹配，對應(yīng)的模態(tài)在工作面振幅均勻，減少了局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中的問題，同時對材料和環(huán)境的參數(shù)變化有較好的適應(yīng)性。所設(shè)計的工裝一次加工完成投入使用，避免了反復(fù)修整工裝所帶來的時間和成本上的浪費。 關(guān)鍵詞：實驗設(shè)計、參數(shù)優(yōu)化、健壯性設(shè)計、超聲波塑料焊接 1 前言 隨著超聲波 技術(shù) 的發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣泛，可以用來清洗微小臟污顆粒，也可以用于金屬或塑料的焊接。尤其是現(xiàn)在的塑 料制品，大多采用超聲波焊接，因為省去了螺釘結(jié)構(gòu)，可以使得外觀更完美，而且還有防水防塵的功能。其中塑料焊接工裝（ Horn）的設(shè)計對最終焊接質(zhì)量和生產(chǎn)能力有著重要的影響。在新型電表的生產(chǎn)中也是使用超聲波將上下兩個面殼融合到一起，但是在使用過程中發(fā)現(xiàn)，有的工裝安裝到機器上使用很短一段時間就發(fā)生開裂等失效，有的工裝焊接產(chǎn)品的缺陷率較高。各種故障對生產(chǎn)造成了相當嚴重的影響。根據(jù)了解，是由于設(shè)備供應(yīng)商對工裝的設(shè)計能力有限，往往是通過反復(fù)修模來達到設(shè)計指標。因此我們有必要利用自身的 技術(shù) 優(yōu)勢開發(fā)耐用的工裝以及一套合理的設(shè)計方法。 2 超聲波塑料焊接原理 超聲波塑料焊接是利用了熱塑性塑料在高頻受迫振動時，焊接面相互摩擦產(chǎn)生局部高溫融化結(jié)合的一種加工方法。為了達到良好的超聲波焊接效果，需要設(shè)備、物料和工藝參數(shù)等幾方面的配合。以下簡單介紹其原理。 超聲波塑料焊接系統(tǒng) 圖一是焊接系統(tǒng)的示意圖。電能通過信號發(fā)生器和功放，產(chǎn)生超聲頻率（ 20 kHz）的交變電信號，加到換能器上（壓電陶瓷）。經(jīng)過換能器，電能變?yōu)闄C械 振動的能量，機械振動的振幅由變幅器調(diào)整至合適的工作振幅，然后通過工具頭（焊接工裝），均勻地傳遞到與之接觸的物料上。兩個焊接物料的接觸面做高頻受迫振動，摩擦生熱導(dǎo)致局部高溫融化，冷卻后物料結(jié)合到一起，實現(xiàn)焊接。 圖一： 超聲波塑料焊接系統(tǒng)示 意圖 在焊接系統(tǒng)中，信號源是電路部分，包含功放電路，其頻率穩(wěn)定性和驅(qū)動能力會影響到機器的性能。物料是熱塑性塑料，結(jié)合面的設(shè)計需要考慮如何快速產(chǎn)生熱能和對接
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