钛及钛合金丝的纵扭复合超声振动拉拔仿真及机理研究

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1、硕士学位论文钛及钛合金丝的纵扭复合超声振动拉拔仿真及机理研究（工程硕士）SIMULATIONANDMECHANISMRESEARCHONTHETITANIUMANDTITANIUMALLOYWIREDRAWINGWITHLONGITUDINAL-TORSIONALCOMPOSITEULTRASONICVIBRATION杨崇秋哈尔滨工业大学2014年7月万方数据国内图书分类号：TM619学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文钛及钛合金丝的纵扭复合超声振动拉拔仿真及机理研究（工程硕士）硕士研究生：杨崇秋导师：谢涛教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位

2、：机电工程学院答辩日期：2014年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TM619U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONANDMECHANISMRESEARCHONTHETITANIUMANDTITANIUMALLOYWIREDRAWINGWITHLONGITUDINAL-TORSIONALCOMPOSITEULTRASONICVIBRATION（MasterofEngineering）Candidate：YangChongqiuSupervisor：Prof.X

3、ieTaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2014Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要钛及钛合金具有高强度、低密度、抗腐蚀、耐高温、传导性能优良等特性，被各国视为一种重要的战略金属。然而，钛，特别是钛合金，是一种难加工材料，通常

4、钛丝的生产加工主要靠轧制、挤压和拉拔，但都必须经过复杂的热处理、表面处理和多次真空退火，而且常规拉拔加工的拉拔力和摩擦力都较大，能耗严重。因此，研究开发一种提高钛及钛合金丝表面质量的新型、低成本、高效率、工艺简单的加工技术是当务之急。经过长期研究发现，大功率超声振动的表面效应和体积效应对金属或合金的塑性增加、屈服强度下降、减少模具与加工件之间的摩擦和降低功耗具有积极作用。本文采用沿周向开均布斜槽的变幅杆，使得换能器产生的纵向振动经过斜槽的作用后，在拉丝模具上产生纵扭复合振动，探讨纵扭复合振动对拉丝过程的影响。本文的主要工作包括以下几个方面：（1）利用ANSYS有限元仿真软件分析超声振动

5、参数：振动频率、纵振振幅、扭转角度幅值、拉拔速度、截面减缩率等对拉丝过程的影响，主要分析纵向拉拔应力、减径区和定径区的接触应力的变化。通过以上分析，确定对拉拔过程有利的振动参数。（2）结合分析得到的有利振动参数，利用四端网络法设计纵向振动换能器和变幅杆，然后在变幅杆末端圆柱体上开周向均布的斜槽，利用ANSYS分析斜槽参数：长度、深度、宽度、倾斜角度、数量和中心离前端面的距离等对振子共振频率、纵振幅值和转角幅值的影响，由此确定斜槽的尺寸参数以满足有利的振动条件，设计了纵振、小转角和大转角纵扭复合振动三种超声振子。（3）根据设计的三种超声振子的振动参数，利用ANSYS软件对拉丝过程进行仿真

6、分析，提取三种振动状态下的纵向拉拔应力、减径区和定径区的接触应力和摩擦应力进行对比，发现纵振和纵扭复合振动对丝材的塑性变形都会产生积极的作用，而且纵扭复合振动相对只有纵向振动的状态更有利。同时从摩擦学的角度分析了纵扭复合振动条件下的摩擦系数变化情况。（4）最后利用上述的三种超声振子，经过电学匹配，搭建超声拉丝实验平台，从拉拔力变化和成形丝材表面质量两方面验证纵向振动和纵扭复合振动、截面减缩率对丝材塑性变形的影响，实验结果同前面仿真结果基本一致。关键词：钛丝；超声拉拔；纵扭复合振动；斜槽-I-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTitaniumandtitaniumal

7、loyhaveagreatnumberofexcellentcharacteristics,suchashighstrength,lowdensity,corrosivenessresistance,hightemperatureresistance,excellentconductionandsoon.Andduetotheseproperties,titaniumandtitaniumalloyhasbeenregardedasasigni