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用有限元分析軟件模擬分析超聲波模具的振態、阻抗

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發表時間:2018-09-29 14:53網址:http://www.clovermaderitch.com/h-nd-503.html

用有限元分析軟件模擬分析超聲波模具的振態、阻抗,超聲波模具生產廠家必備的利器,大大提高了超聲波模具的性能和壽命。



塑料行業使用 3D 有限元分析 (FEA) 計算機建模,因為它可以識別應力、預測性能并分析傳統 2D 建模方法通常會遺漏的零件故障。簡單來說,FEA 3D 建模創建了一個虛擬對象,并將其分解為非常小的單元,可以單獨檢查和分析這些單元以生成有關整個零件的信息。

FEA 計算機模擬也被證明是診斷頑固的超聲波焊接問題的寶貴工具。具體來說,FEA 正被在組裝中成功焊接時遇到問題的加工商所使用。FEA 圖像提供 3D 計算機模擬來分析喇叭性能。FEA 仿真可預測超聲波振動頻率、振幅和應力。這些數據可以幫助識別其他檢查方法不明顯的問題。

分析超聲波模具焊頭的結構

如果您遇到焊接問題或超聲波模具故障,FEA 可用于分析超聲波模頭完整性和裝配性能。例如,一個制造商在嘗試焊接冰箱濾水器的更換零件時反復遇到困難。這種玻璃填充的聚碳酸酯部件有一個強力剪切接頭,它是用自動超聲波壓力機和帶有高增益放大器的喇叭以 20 kHz 的頻率焊接的。

問題包括焊接質量不足和頻繁的裂紋。在檢查并調整了所有“常見嫌疑人”(焊頭和固定裝置的對準,壓力水平,助力器選擇以及助力器/喇叭接口)后,生產經理沒有聯系我們,尋求幫助。

為了使用FEA 軟件分析故障超聲波焊頭并診斷問題,我們首先測量焊頭并創建相應的 CAD 文件,就像我們第一次設計喇叭一樣。這些數據與性能參數一起輸入到 FEA 軟件中,以創建焊頭及其在焊接過程中的動作的虛擬 3D 復制品。計算機化的 FEA 模擬生成一個數字視頻文件,通常包含 50 到 60 幀。

可以對FEA 模擬進行編程,以顯示焊頭上不同位置的相對應力,以及顯示這些位置相對運動幅度的位移模擬。模擬通過使用視覺指示器(如顏色和線條圖案以及數值)以“實時”動畫顯示焊接過程中超聲波焊頭的振幅和應力。對于訓練有素的技術人員來說,這些圖像提供了豐富的關鍵信息。在隨附的插圖中,這些仍然是取自 FEA 模擬的幀,即使是未經訓練的眼睛也能發現某些較高應力和振幅位移的區域。

圖 A 顯示了在沒有壓力的情況下重新創建的故障焊頭靜止模型??梢灶A期,一致的“冷”藍色表示活動(振幅)非常小,活動中的變異也很小。圖 B 和 C 分別顯示了焊頭在焊接過程中被壓縮和伸展的情況。查看這些幀中的線條、顏色和顏色模式(最小值 = 藍色,最大值 = 紅色)會發現明顯的問題點。

顏色圖案或變化可能會查明高應力和性能不一致的區域。通常,高應力出現在號角上的兩個位置 - 中間(“節點”區域)和開槽號角的情況(如我們的示例),在槽的底部。在喇叭表面,不均勻的振幅通常更明顯。

圖的檢查。B 和 C 表明超聲波焊頭表面有很多“熱”振幅,而且這個振幅在整個表面是不均勻的。有很多不同顏色的區域,所有區域都在“熱”(橙橙色黃色)光譜中。這種不均勻的圖案表示有問題,因為在喇叭表面上均勻的振幅是產生均勻焊接所必需的。

此外,每種顏色的條紋圖案都遵循非常不均勻的線條,并顯示出劇烈的曲率和運動。將壓縮和伸展過程中超聲波模具表面的線條與靜止狀態下的超聲波模具線條進行比較,也顯示出大量的變形和應力。

根據FEA 動畫序列,更明顯的是,除了振動之外,喇叭還受到相當嚴重的扭曲、類似開瓶器的運動,這會在喇叭中產生大量內應力,從而導致開裂和故障.

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新建一個超聲波模具程序

到目前為止,FEA 已經幫助我們確定了這個焊頭的問題。FEA 的真正美妙之處在于,它現在可以通過創建和測試在實際應用參數下表現更好的新模具虛擬模型來解決這些問題。由于這種新型改進的號角是在計算機上“構建”并經過測試的,因此不會浪費昂貴的材料,例如飛機級的鈦或鋁,也不會浪費寶貴的加工時間。超聲波模具尺寸、形狀和結構的各種變化可以通過模擬進行測試,直到達到預期的結果。這些虛擬測試結果已被證明是真實世界性能的非常準確的預測指標。

在我們失敗的超聲波焊頭的情況下,無花果。D、E 和 F 顯示了最終的新模具設計和相應的 FEA 結果。號角經過多次重大修改,包括增加桿面表面積、增加底切以及改變槽的大小和位置。

對“之前”和“之后”圖紙的檢查揭示了一些性能改進。雖然喇叭表面仍然有很多活動,但整個面部的振幅更加均勻(由更一致的顏色分布表明)。不同顏色的線條及其各自的圖案更加均勻和成比例,表明活動差異較小。這會產生較小的應力,并且應力分布更均勻。同樣,對結構線的審查表明,所有區域的扭曲和拉伸都顯著減少。

這種改進的號角是物理制造的,并且在自動化生產中無故障運行。此外,它現在使用低增益助推器運行,減少了號角上的壓力并提供更舒適的設置。

遇到喇叭故障或頑固的超聲波焊接問題的制造商應考慮 3D FEA 分析。它不再是“火箭科學”,該軟件已被許多工程師和號角制造商普遍使用。


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