鈦及鈦合金絲的縱扭復(fù)合超聲振動拉拔仿真及機(jī)理研究.pdf

1、鈦及鈦合金具有高強(qiáng)度、低密度、抗腐蝕、耐高溫、傳導(dǎo)性能優(yōu)良等特性，被各國視為一種重要的戰(zhàn)略金屬。然而，鈦，特別是鈦合金，是一種難加工材料，通常鈦絲的生產(chǎn)加工主要靠軋制、擠壓和拉拔，但都必須經(jīng)過復(fù)雜的熱處理、表面處理和多次真空退火，而且常規(guī)拉拔加工的拉拔力和摩擦力都較大，能耗嚴(yán)重。因此，研究開發(fā)一種提高鈦及鈦合金絲表面質(zhì)量的新型、低成本、高效率、工藝簡單的加工技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)，大功率超聲振動的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)對金屬或合金

2、的塑性增加、屈服強(qiáng)度下降、減少模具與加工件之間的摩擦和降低功耗具有積極作用。
　　本文采用沿周向開均布斜槽的變幅桿，使得換能器產(chǎn)生的縱向振動經(jīng)過斜槽的作用后，在拉絲模具上產(chǎn)生縱扭復(fù)合振動，探討縱扭復(fù)合振動對拉絲過程的影響。本文的主要工作包括以下幾個方面：
　?。?）利用 ANSYS有限元仿真軟件分析超聲振動參數(shù)：振動頻率、縱振振幅、扭轉(zhuǎn)角度幅值、拉拔速度、截面減縮率等對拉絲過程的影響，主要分析縱向拉拔應(yīng)力、減徑區(qū)和定徑區(qū)的接

3、觸應(yīng)力的變化。通過以上分析，確定對拉拔過程有利的振動參數(shù)。
　?。?）結(jié)合分析得到的有利振動參數(shù)，利用四端網(wǎng)絡(luò)法設(shè)計(jì)縱向振動換能器和變幅桿，然后在變幅桿末端圓柱體上開周向均布的斜槽，利用ANSYS分析斜槽參數(shù)：長度、深度、寬度、傾斜角度、數(shù)量和中心離前端面的距離等對振子共振頻率、縱振幅值和轉(zhuǎn)角幅值的影響，由此確定斜槽的尺寸參數(shù)以滿足有利的振動條件，設(shè)計(jì)了縱振、小轉(zhuǎn)角和大轉(zhuǎn)角縱扭復(fù)合振動三種超聲振子。
　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)的三種

4、超聲振子的振動參數(shù)，利用 ANSYS軟件對拉絲過程進(jìn)行仿真分析，提取三種振動狀態(tài)下的縱向拉拔應(yīng)力、減徑區(qū)和定徑區(qū)的接觸應(yīng)力和摩擦應(yīng)力進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)縱振和縱扭復(fù)合振動對絲材的塑性變形都會產(chǎn)生積極的作用，而且縱扭復(fù)合振動相對只有縱向振動的狀態(tài)更有利。同時從摩擦學(xué)的角度分析了縱扭復(fù)合振動條件下的摩擦系數(shù)變化情況。
　?。?）最后利用上述的三種超聲振子，經(jīng)過電學(xué)匹配，搭建超聲拉絲實(shí)驗(yàn)平臺，從拉拔力變化和成形絲材表面質(zhì)量兩方面驗(yàn)證縱向振動和