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超聲波振動拔管(tube drawing with ultrasonic vibration)

超聲波振動拔管(tube drawing with ultrasonic vibration)

在對拔管?;蛐景艋蛲瑫r對兩者施加超聲波振動的條件下進行的管材冷拔。超聲波振動拔管原理是將高頻電諧振通過換能器轉換成機械振動,并將振動能量通過聚能器傳播到變形區(qū)中,改變金屬變形的性質和應力狀態(tài),系統(tǒng)框圖如圖l。實用的振動外模的聲傳遞系統(tǒng)如圖2。采用這一傳聲系統(tǒng)是為了換模方便和不增加錘頭長度。振動芯棒的聲傳遞系統(tǒng)如圖3。

圖1超聲波振動拔管系統(tǒng)框圖

 

圖2實用聲波傳遞系統(tǒng)

1一外模;2一外套;3固定點;4聚能器;5一振子

圖3拔制內凸筋管時超聲振動芯棒系統(tǒng)

1、2、3-換能器;4、5、6-聚能器;7-壓力軸承8-拉桿;9-芯棒;10-外模;11-管料

換能器部件之一的振子是采用鎳片疊合而成的。利用磁性材料在外磁場作用下產(chǎn)生微小宏觀變形在單方向伸長和縮短,也可能產(chǎn)生體積收縮或膨脹(磁致伸縮效應),將高頻電諧振變?yōu)闄C械振動。處于工作狀態(tài)的磁致伸縮換能器的等效電路如圖4。圖中左側虛線框內是超聲波發(fā)生器的輸出等效電路,由高頻正弦激勵電源e’和內阻抗乏z’組成;右側虛線框內是換能器的等效電路,z1’、z2’分別為鉗定阻抗和動態(tài)阻抗。

圖4等效電路

換能器中流過的電流是激勵電流I和極化電流I0之和。I0是直流電源e提供的恒定常量,激勵電流I是正弦交變量。電抗器Lc對I0的阻力很小,而對I的阻力很大,耦合電容C只允許I通過,而不允許I0通過,所以換能器中流過的電流是I和I0。I0在換能器鐵芯內產(chǎn)生極化磁場,I產(chǎn)生激勵磁場。聚能器為一圓錐體,其長度按振幅分布使端點具有最大的振幅和最小的應力(圖5)。

圖5在聚能器上應力和振幅分布

1-應力;2-振幅

應用超聲波振動拔管的效果有:可降低拔制力,增加道次變形量,改善產(chǎn)品表面質量,減少空拔管內殘余應力;可降低對潤滑劑的要求,提高工具壽命,減少斷頭和廢品(提高成材率);可加工難變形材料以及降低能耗等。

研究者對振動效果的機理提出3種見解:

(1)體積效應,指吸收超聲波能量,改變組織狀態(tài),導致金屬的變形抗力降低和塑性加工性能的改善。

(2)表面效應,指改變拉拔中金屬與工具間摩擦狀態(tài),減少外摩擦阻抗,使接觸面分離,表面發(fā)熱,有利于潤滑劑吸入和排出,有凈化表面作用以及摩擦力換向等。

(3)旋鍛效應,指金屬上作用有一個高頻的交變應力,可降低變形抗力。


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