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超聲波塑料焊接溫度場做有限元分析的重要性

來源:發(fā)布時間:2019-02-15 17:04:05點擊率:

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     超聲波塑料焊接幾乎克服了傳統(tǒng)塑料焊接工藝的弊端,具有極好的應用前景,超聲波塑料焊接是涉及多學科的交叉學科,焊接過程中塑料高分子的融化狀態(tài)并沒有明顯的階段性,而且焊接區(qū)域還伴隨熔融塑料的流變行為和未融化塑料的形變,使得焊接區(qū)域熔接行為變得復雜,如此復雜的過程,在極為短暫的時間里完成,難以觀察。上述諸多因素,使得超聲波塑料焊接機理研究具有較大難度,目前關于超聲波塑料焊接機里還沒有令人信服的解釋,影響了超聲波塑料焊接優(yōu)點的發(fā)揮,制約了超聲波塑料焊接的推廣和應用。
   針對超聲波塑料焊接質(zhì)量影響因素多機理的認識不夠完善,且繼續(xù)完善和發(fā)展的特點,結合國內(nèi)外對超聲波塑料焊接的研究現(xiàn)狀和已有的研究成果,名揚超聲波以實際應用為背景,從基礎理論出發(fā)建立適合焊接區(qū)域溫度測量的實驗裝置,要用現(xiàn)代數(shù)值計算技術,把焊接過程中焊接區(qū)域材料的熔接行為研究推進一步,探索不同焊接區(qū)部位塑料的溶接特征和規(guī)律。為揭示壓力和溫度的作用,下塑料的流變規(guī)律和形變規(guī)律,焊接接頭結構等因素對焊接的影響規(guī)律,進一步建立焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化模型和焊接頭型變的理論模型,建立關于焊接過程中溫度場用立場和塑料流變規(guī)律的理論模型,形成較為完善的超聲波塑料焊接基礎理論體系和相應的工藝規(guī)范鑒定基礎。
焊接質(zhì)量的影響因素,并通過實驗明確各個工藝參數(shù)對塑料焊接質(zhì)量和融化層厚度的影響程度,通過數(shù)值模擬的方法模擬了超聲波在焊接過程中的溫度場、應力場和形變;指出焊接時融化材料的鋪展過程,對于焊接溫度場和應力場分布的作用巨大。對超聲波塑料焊接過程中塑料融化過程中提出了自己的見解,提出了研究超聲波塑料焊接機理比較好的方法和研究目標。
   我們通過實驗利用PVC在不同溫度下的顏色變化特征以及塑料融化層的厚度模擬結果和實驗結果的比較來進行驗證。這種驗證的方法比較粗糙,因為塑料的材質(zhì)不是單一組成的,數(shù)列中含有許多雜質(zhì)、填料、增塑劑等,材料的物理性表現(xiàn)出各向異性,焊接接頭處的顏色外觀判斷,可以為焊接情況提供參考,但要進一步得出令人信服的結論,需要建立精確的用于短時、溫度快、小區(qū)域的溫度測量系統(tǒng),測量焊接區(qū)域單點性質(zhì),多點溫度變化情況,另外對超聲波塑料焊接溫度場的數(shù)值模擬還有待完善。由于超聲波塑料焊接是個短時問生快小區(qū)發(fā)生的過程,對溫度的實時測量存在很大的困難,國內(nèi)外這方面的材料比較少。
    超聲波塑料焊接溫度場的有限元分析,主要采用有限元分析軟件Ansys對焊接接頭的溫度變化過程進行模擬。針對超聲波塑料焊接瞬時、高壓以及焊接區(qū)域狹窄的特點,為了提高溫度檢測的效率,建立以PC機和數(shù)字儲存示波器為硬件平臺。以HP VEE為軟件平臺的自動檢測裝置檢測焊接過程中融化區(qū)域的溫度變化,并在基礎上建立溫度場,多點檢測裝置。把焊接區(qū)域溫度檢測結果和溫度場有限元模擬結果結合起來,分析焊接區(qū)域熔接狀態(tài),檢測焊接區(qū)不同點溫度變化情況,分析導能筋的融化情況,為研究焊接機理,建立焊接工藝規(guī)范做指導。

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