超聲振動(dòng)拉絲相關(guān)理論及其實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、常規(guī)拉絲加工過程中，金屬絲材在拉絲模的變形和成形區(qū)域內(nèi)，由于變形劇烈、變形力和摩擦力大，容易出現(xiàn)斷絲和表面及內(nèi)部缺陷，而且在沒有進(jìn)行表面潤(rùn)滑處理的情況下無法進(jìn)行鈦和鈦合金等難加工材料的加工。研究表明，超聲振動(dòng)拉拔的應(yīng)用能夠很好地解決這些問題。為此，開展超聲振動(dòng)拉絲的相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究，具有重要的意義?；谝陨夏康?，本文對(duì)超聲振動(dòng)拉絲的數(shù)學(xué)模型、超聲振動(dòng)拉絲過程的模擬、正交復(fù)合超聲振動(dòng)拉絲以及難拉拔材料的超聲振動(dòng)拉絲等方面進(jìn)行了深入的研究

2、。
　　分別對(duì)常規(guī)拉絲和超聲振動(dòng)拉絲工作狀態(tài)進(jìn)行力學(xué)分析，在確立拉絲模及絲材在定徑區(qū)和減徑區(qū)的力學(xué)平衡微分方程的基礎(chǔ)上，引入Oden提出的非局部摩擦理論代替經(jīng)典的庫(kù)侖摩擦模型，結(jié)合Taylor級(jí)數(shù)和Mises屈服準(zhǔn)則，建立了定徑區(qū)和減徑區(qū)的摩擦應(yīng)力分布、接觸壓力分布及拉拔力的數(shù)學(xué)模型，并通過MATLAB編程進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，該數(shù)學(xué)模型探討并量化研究了超聲振動(dòng)拉絲的拉拔力及摩擦等影響因素。
　　利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)超聲

3、振動(dòng)拉絲及常規(guī)拉絲過程進(jìn)行了模擬。在超聲振動(dòng)拉絲仿真過程中，將超聲頻率振動(dòng)的簡(jiǎn)諧波變?yōu)橥l率、同相位、同振幅的三角波，利用“同步加載，多步求解”的新方法解決了仿真中對(duì)拉絲模難于施加超聲頻率振動(dòng)的問題，從而實(shí)現(xiàn)了超聲振動(dòng)拉絲過程的模擬仿真。對(duì)超聲振動(dòng)拉絲和常規(guī)拉絲的變形與應(yīng)變、應(yīng)力與拉拔力、接觸面摩擦等仿真結(jié)果進(jìn)行了重點(diǎn)分析，并與數(shù)學(xué)模型所得結(jié)果進(jìn)行了比較。
　　分別采用經(jīng)典動(dòng)力學(xué)法和四端網(wǎng)絡(luò)法設(shè)計(jì)并研制了超聲振動(dòng)系統(tǒng)，并對(duì)振子進(jìn)行

4、了動(dòng)力學(xué)特性分析（包括模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析和瞬態(tài)分析）。對(duì)超聲振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了電端匹配調(diào)試，并利用Polytec PSV-400-M2（德國(guó)）掃描式激光測(cè)振儀、HP4294A阻抗分析儀等儀器設(shè)備對(duì)振動(dòng)裝置進(jìn)行了測(cè)試，獲得了其振動(dòng)性能參數(shù)。
　　為促進(jìn)超聲振動(dòng)拉絲技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，同哈爾濱電纜廠合作，以LH-200/17型拉絲機(jī)作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了接近實(shí)際生產(chǎn)狀態(tài)的超聲振動(dòng)拉拔銅絲（進(jìn)線直徑0.3mm，出線直徑0.26mm，減縮率13.

5、3％）實(shí)驗(yàn)。獲得了拉絲速度對(duì)拉拔力的影響關(guān)系以及張力調(diào)節(jié)周期的變化規(guī)律。結(jié)果表明：施加超聲振動(dòng)可使拉拔力減小約7%；可有效延長(zhǎng)張力調(diào)節(jié)周期3倍以上；超聲振動(dòng)可使拉拔力奇異尖峰的出現(xiàn)幾率以及斷絲現(xiàn)象明顯減少，這些因素促使拉絲過程更加穩(wěn)定。SEM掃描電鏡照片表明，超聲振動(dòng)減少了金屬絲材的表面劃痕、凹坑等缺陷，提高了金屬絲材的表面質(zhì)量。通過金相觀察和分析，表明超聲振動(dòng)能量能較好地傳遞到金屬內(nèi)部，緩和了晶粒的變形和晶格的畸變，減輕了加工硬化，改

6、善了材料的使用性能和工藝性能。
　　最后，針對(duì)不同施振方式的作用效果、當(dāng)前難拉拔材料的加工困難以及特種加工需求日益增長(zhǎng)等問題，本文建立了一套正交復(fù)合超聲振動(dòng)拉絲實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，針對(duì)銅絲施加縱向振動(dòng)、徑向振動(dòng)及正交復(fù)合振動(dòng)三種形式的拉拔實(shí)驗(yàn)，通過測(cè)試和觀察各種超聲振動(dòng)狀態(tài)下的拉拔力和絲材表面形貌，結(jié)果表明：正交復(fù)合超聲振動(dòng)比其它兩種振動(dòng)形式更顯著地降低了拉拔力和延長(zhǎng)了張力調(diào)節(jié)周期，基本消除了斷絲現(xiàn)象。采用正交復(fù)合超聲振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)不銹鋼絲和純