چگونه یک شاخ اولتراسونیک در اندازه بزرگ بسازیم - II

در آخرین خبر، روشی برای طراحی اتصال چاکدار جوش پلاستیکی اولتراسونیک نواری با اندازه بزرگ پیشنهاد و با آزمایشات تأیید شد.در مرحله اول، شاخ جوش نواری به طور منطقی به چندین واحد تقسیم می شود به طوری که طراحی شاخ جوشی شکاف دار با ساختار پیچیده به طراحی واحد شاخ جوشکاری ساده تبدیل می شود.سپس عنصر مشترک با نوسانگر نیم موج با در نظر گرفتن ارتعاش جفت مقایسه می شود.معادله فرکانس اتصال با استفاده از مفهوم امپدانس مکانیکی معادل به دست می آید.

در نهایت، تأثیر تعداد شیار، عرض شیار و طول شیار بر ویژگی‌های ارتعاشی اتصالات جوشکاری با استفاده از معادله مورد بررسی قرار گرفت.بر اساس این روش، چندین گروه از شیارهای نواری سایز بزرگ طراحی و ماشین کاری شدند.نتایج تجربی نشان می دهد که مقادیر اندازه گیری شده و نظری فرکانس رزونانس اتصالات جوش داده شده با هم تطابق خوبی دارند.

همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.طول، عرض و ضخامت شاخ جوش به ترتیب L، B و T می باشد.محور z را جهت تحریک مبدل فرض کنید.در فرکانس کاری، اتصال جوش مستطیلی ارتعاش طولی مرتبه اول در جهت Z ایجاد می کند.برای اتصالات جوش نواری، L≥2T، B و L را می توان مقایسه کرد، بنابراین ارتعاش عرضی اتصالات جوش در جهت X را می توان نادیده گرفت.

از آنجا که ارتعاش عرضی در جهت y تأثیر زیادی بر ارتعاش طولی دارد، معمولاً با شکاف شبیه‌سازی می‌شود.بوق جوش با باز کردن یکنواخت n شکاف در جهت Y به واحدهای (n+1) تقسیم می شود.عرض و طول هر شیار به ترتیب W و L2 است و شیارها به ترتیب از انتهای ورودی و خروجی شاخ جوش l1 و L3 جدا می شوند.برای اطمینان از برابری کامل هر واحد، باید شیارهایی با عرض W/2 در دو انتهای شاخ جوشکاری عرضی باز شود.بنابراین، هر واحد قالب جوش یک شاخ ذوزنقه‌ای مرکب با مقطع مستطیلی است.با فرض اینکه عرض در دو انتها و در وسط هر واحد D1 و D2 باشد، از موارد فوق قابل مشاهده است: L= L1 + L2 +L3.

با توجه به الگوی یکسان بین المان ها، دامنه خروجی جوش نیز الگو را به لرزه در می آورد و در صورت ترکیب، شاخ اولتراسونیک نیز دارای این الگو خواهد بود، به طوری که طراحی قالب اولتراسونیک به طراحی هر یک ساده می شود. عنصرعلاوه بر این، نسبتاً یکنواخت است.به منظور سرکوب موثر ارتعاش عرضی و اطمینان از اینکه بوق جوشکاری دارای سفتی ثابت است، عرض واحد شاخ جوشکاری تقسیم شده توسط شیار به طور کلی در است!/ 8 ~!/ 4 (! آیا طول موج مرتبه اول حالت ارتعاش طولی شاخ جوشکاری است)، و عرض ایده آل شکاف در حدود!/ 25 ~!/20[7]، تعداد شیارهای اتصالات جوشکاری با توجه به معیارهای فوق قابل تعیین است.از آنجا که عرض واحد شاخ جوشکاری به طور کلی تجاوز نمی کند!PI /4، بنابراین می توان آن را تقریباً با تئوری یک بعدی تحلیل کرد.هر واحد جوشکاری در واحد 1 را می توان متشکل از سه میلگرد همسان مستطیل شکل در نظر گرفت.

آلیاژ آلومینیوم 7075 (مدول یانگ E=7.17*1010N/M2 چگالی ρ=2820kg/m3، نسبت پواسون V=0.34) برای هورن جوشکاری انتخاب شد.از معادلات (1) ~ (3) و (6) برای محاسبه عدد n، طول L2 و عرض W اسلات های مختلف استفاده شد.هنگامی که طول رزونانس L شاخ جوش نواری با عرض B تغییر می کند، طول رزونانس L شاخ جوشکاری نوار با عرض B تغییر می کند. فرکانس رزونانس محاسبه شده f=20kHz، L1=L3 برای سادگی.زمانی که طول و عرض شکاف ثابت باشد، زمانی که عدد شکاف متفاوت است، طول تشدید با عرض شاخ جوش تغییر می‌کند.L2 = 60 میلی متر، W = 10 میلی متر.همانطور که در شکل دیده میشود.2، برای شاخ جوشکاری شکاف نشان داده شده در شکل.1، طول رزونانس مرتبه اول کوچکتر از شاخ جوش بدون شکاف محاسبه شده بر اساس تئوری یک بعدی (126 میلی متر) است و طول رزونانس شاخ جوشکاری با افزایش عرض شاخ جوش افزایش می یابد، اما افزایش به تدریج کاهش می یابد.علاوه بر این، زمانی که فرکانس رزونانس و عرض جوش ثابت باشد، طول رزونانس جوش با افزایش تعداد شکاف کاهش می‌یابد.

علاوه بر این، سه اتصال جوشی با ضخامت های مختلف با آلیاژ آلومینیوم 7075 (همان ماده فوق) ماشین کاری شدند.ضخامت T این سه اتصال جوش داده شده و فرکانس ارتعاش هارمونیک اندازه گیری شده FM داده شد.هنگامی که ضخامت شاخ جوشکاری کمتر از یک چهارم طول موج است (در اینجا 63 میلی متر است)، انحراف بین فرکانس اندازه گیری شده و فرکانس طراحی کمتر از 2٪ است که می تواند الزامات برنامه های مهندسی را برآورده کند.

اتصال جوش پلاستیک اولتراسونیک نوار بلند به طور منطقی به چندین عنصر مساوی تقسیم شد و معادله فرکانس عنصر اتصال با روش ماتریس انتقال استنباط شد.اگر عرض، کمیت و اندازه شکاف مشخص باشد، می توان از معادله برای طراحی راحت اتصال نوار استفاده کرد، بنابراین یک مبنای نظری برای طراحی اتصال نواری فراهم می کند.این مقاله همچنین تأثیر تعداد شکاف، عرض شکاف و طول شکاف را بر اندازه اتصال جوش از طریق مثال‌هایی تحلیل می‌کند.مشاهده می شود که این روش نیز تأثیر خاصی بر طراحی بهینه اتصال جوش دارد

شیار تقسیم شده پس از تجزیه و تحلیل ارتعاش شاخ جوشکاری نواری، شاخ جوش را می توان به بدنه واحد انتهایی و سلول واحد میانی تقسیم کرد، با استفاده از روش الاستیسیته ظاهری و اثر خط انتقال، طول چهار واحد مختلف به ترتیب داده می شود و جهت درجه بالایی از معادله فرکانس، معادله فرکانس را می توان برای طراحی یک بوق جوشکاری میله بلند استفاده کرد، اما فرآیند طراحی پیچیده است، انتخاب برخی از پارامترها به تجربه بستگی دارد و برای کاربرد مهندسی مناسب نیست.در این مقاله، اتصال جوش نواری با شکاف معقول به چندین عنصر مساوی تقسیم می شود و معادله فرکانس عنصر اتصال جوش با روش ماتریس انتقال به دست می آید که مبنایی نظری برای طراحی اتصال جوش نواری فراهم می کند.این طرح دارای محاسبات نظری ساده و معنای فیزیکی آشکار است که روشی ساده و آسان برای طراحی مهندسی نوار ارائه می‌کند.

اتصال جوش