聚焦式功率叠加超声振子及钛丝拉拔研究

发布时间：2017-09-27 04:41

  本文关键词：聚焦式功率叠加超声振子及钛丝拉拔研究

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【摘要】：钛作为一种重要的金属材料,其加工困难尤其钛丝难以拉拔。传统钛丝拉拔工艺存在能量消耗高、断丝率较高、模具损坏率高、丝质表面差等缺点,而在钛丝的拔丝之中引入振动会对钛丝拔丝的过程有诸多好处。而现有超声振动系统存在着设计工作麻烦、振幅较小、振动功率不足等缺陷,故本文研究多振子情况的聚焦式超声叠加振动系统以及其在钛丝拉拔过程中的作用。本文研究了拔丝过程振动参数的影响规律,通过建立钛丝拔丝模型,分析拔丝过程施加振动参数对拔丝力及接触应力等的影响。通过分析振动参数对拔丝过程的影响,结合之后设计的振动系统特性指导选取合理的结构参数。本文设计两种不同结构的聚焦式多振子叠加超声振动系统,分别为:双振子空间交错聚焦式振动系统和三振子方向变换聚焦式系统。设计过程中通过数学解析法理论分析和推导初步设计出两种变幅杆的结构参数,建立振动系统的初步的结构模型,经过有限元ANSYS软件模态分析和结构改进,最终确立所设计两种振动系统的结构参数。针对双振子交错聚焦式的振动拔丝系统,通过对超声振动系统的理论研究及结构设计,初步确立超声拉丝的振动参数,利用四段网络法理论,分析并确定超声换能器结构参数,同时分析了交错布置振子的交错位移和夹角等参数对产生振动的影响规律。对于三振子聚焦式振动拔丝系统,通过对振动方程的求解得到拔丝系统频率与参数关系,从而确立三振子聚焦式拔丝系统的结构参数和其放大倍数,同时通过有限元仿真获取其振动参数并与双振子交错聚焦式系统进行对比。对拔丝模型中的拔丝硬模分别施加所设计的超声振动系统的振动条件和无振动条件,模拟所设计的超声振动系统钛丝拉拔和普通条件下的钛丝拉拔,从而可以得到在不同拔丝速率和振动条件下钛丝拉拔的结果。对两种聚焦式多振子叠加振动系统进行钛丝拔丝实验研究,根据设计加工钛丝拔丝所用的两种聚焦式多振子叠加振动拔丝系统、测试系统,并自主设计研制出应用于金属丝拉拔的拉丝机。对所设计双振子交错式振动系统和三振子聚焦式振动系统进行阻抗匹配设计,从而将设计的两种振动系统应用钛丝的拔丝试验中。通过试验测定超声振动拉丝的拉拔力和SEM显微镜下测试出加工后钛丝表面质量。理论仿真与拔丝实验结果进行对比,结果表明:本文中设计的两种聚焦式拔丝系统对钛丝拔丝有着良好作用,本文的研究对钛及钛合金丝等难拉拔丝材的高效率生产提供了方法和理论指导。
【关键词】：超声加工 钛丝 拉拔 变幅杆
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG359
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 国外研究现状10-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.3 本文主要研究内容16-18
• 第2章 双振子空间交错聚焦式振动系统18-36
• 2.1 钛丝拔丝过程及拔丝参数的分析18-24
• 2.1.1 钛丝的不同拔丝过程仿真18-21
• 2.1.2 参数对钛丝拔丝过程的影响21-23
• 2.1.3 多参数影响规律及参数选取23-24
• 2.2 双振子交错聚焦式拔丝装置24-29
• 2.2.1 双振子交错式系统结构及原理25-26
• 2.2.2 双振子交错系统参数选用及相关材料选择26-29
• 2.3 双振子空间交错式系统的建立及参数分析29-35
• 2.3.1 双振子空间交错式系统的纵振模态及响应分析29-33
• 2.3.2 双振子空间交错系统参数对其振动的影响33-34
• 2.3.3 双振子交错式系统的弯振分析34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 三振子聚焦式超声振动系统分析36-50
• 3.1 三振子聚焦式功率叠加振动拔丝系统设计36-37
• 3.2 三振子聚焦式拔丝系统研究与结构设计37-42
• 3.2.1 三振子聚焦式系统的模型简化及理论研究37-40
• 3.2.2 振幅放大作用40-42
• 3.3 三振子聚焦式振动系统的模型建立及分析42-49
• 3.3.1 三振子聚焦式拔丝系统的模态和谐响应分析43-45
• 3.3.2 三振子聚焦式振动系统在不同激励时的瞬态分析45-47
• 3.3.3 三振子聚焦式振动系统相关参数的影响47-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 超声振动系统的钛丝拉拔实验研究50-61
• 4.1 拔丝系统的振动测试及阻抗匹配50-54
• 4.1.1 振动拔丝系统的振动测试50-53
• 4.1.2 振动系统的阻抗测试53-54
• 4.2 钛丝拉拔系统的安装及拉拔过程测试54-57
• 4.2.1 两种拉拔实验用振动系统的夹装54-56
• 4.2.2 拔丝过程中力随参数的变化56-57
• 4.3 不同拉拔条件钛丝表面质量57-60
• 4.4 本章小结60-61
• 结论61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 齐海群;谢涛;袁江波;;超声振动拉丝的有限元模拟研究[J];哈尔滨工程大学学报;2007年10期

2 林书玉;许龙;;一种新型Cymbal换能器的研究[J];声学学报;2011年01期

3 皇磊落;朱秀丽;牛勇;任金莲;;二维振动方向变换器的耦合振动[J];压电与声光;2008年04期

4 林书玉;一种测量功率超声振动系统振速比的简单方法[J];应用声学;2000年04期

5 黄德中;超声波振动器四端网络设计[J];振动与冲击;2005年05期

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1 修晓;复合超声振动拉丝的理论与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

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本文编号：927696