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D01:10.13374/i.issn1001t63x.2010.01.008 第32卷第1期 北京科技大学学报 Vol 32 No 1 2010年1月 Journal of Un iversity of Science and Technology Beijing Jan 2010 正交复合超声振动拉丝 齐海群2)单小彪谢涛) 1)哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨1500012)黑龙江工程学院材料与化学工程系，哈尔滨150050 摘要为促进超声振动拉丝的实际应用，针对不同施振方式的作用效果，建立了一套正交复合超声振动拉丝实验系统，系 统由超声波驱动器、超声振动系统、拉丝模和拉丝机等组成·利用有限元法对正交复合超声振动拉丝进行仿真模拟，分析超声 振动拉丝的加工机理·通过对铜丝的一系列拉拔实验，考察了在实际拉丝加工过程中，纵向振动、横向振动和正交复合超声振 动对拉拔力和丝表面质量的影响·实验结果表明：当振幅达到一定值后，正交复合超声振动的作用效果最好，能使拉丝机的张 力调节周期有效延长3倍以上，减少了丝材的不均匀变形，使拉丝更趋于稳定：当拉拔速度为980mm·s时，可使拉拔力减小 近1%，改善了丝材表面质量· 关键词超声振动；拉丝；拉拔实验：拉拔力；表面质量 分类号TB55 W ire draw ing w ith orthogonal com posite ultrason ic vibration QI Haiqun2),SHAN Xiaobiao),XIE Tao) 1)School ofMechatmnics Engneering Hatn Institte ofTechnology Hatbn 150001.China 2)Deparments of Material and Chemn ical Engineerng Heilngjiang Instinte ofTechnology Habn 150050.China ABSTRACT In order to carry out the practical application of w ire draw ing using ultrasonic vbration in consideration of different effects caused by different types of ultrasonic vibration a set of experinental system for wire draw ing w ith orthogonal composite ultra- sonic vbration was designed and built which was composed of an ultrasonic power an ultrasonic vbrating system,a die and a draw ing machine eto The operating mechan ism of w ire draw ing using ultrason ic was analyzed by smulation through the finite ekmentmethod Thmough a series of draw ing experinents of brass wires the effects of longitudinal radial and orthogonal composite ultrason ic vibration on the draw ing fore and surface quality of w ires were discussed during actual w ire draw ing process The expermen tal result shows that when the ultrasonic vbration amplitude is enough the action effect of orthogonal composite ultrasonic vibration is the best and it can effectively prolng the tensile-regulation cycle of w ire draw ing machnes more than three ties Ultrasonic vbration can reduce uneven defomation of wires and make the draw ing tend to be more stable W hen the draw ing speed is 980mms,the reduction in draw ing fore caused by ultrasonic vbration is about 30 and the surface quality is mproved KEY W ORDS ultrasonic vbration w ire draw ing draw ing experinent draw ing force surface quality 常规拉丝加工过程中，由于变形剧烈、变形力和 少，复合超声振动拉丝的研究国内还未见报道5-可 摩擦力大，容易出现断丝和表面缺陷，研究表明，超 笔者在前期研究工作的基础上，建立了一套正交复 声振动拉丝工艺可以在一定程度上解决这些问题， 合超声振动拉丝实验系统，同哈尔滨电缆厂的技术 超声振动拉丝是将高频电振荡信号通过振动系统转 人员一起对正交复合超声振动拉丝进行了实验 换成相应频率的超声波振动能，通过介质耦合到拉 研究 丝模具上，用振动的模具去加工丝材，获得超声波振 动对金属塑性变形作用的加工过程1， 1正交复合超声振动系统设计 当前对纵向超声振动拉丝的研究较多，横向较 正交复合超声振动拉丝系统主要由超声波驱动 收稿日期：2009-04-20 基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目(N。E200614) 作者简介：齐海群(1965)男，博士研究生：谢涛(1965)男，教授，博士，Email xietaoh@mail com第 32卷 第 1期 2010年 1月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．32Ｎｏ．1 Ｊａｎ．2010 正交复合超声振动拉丝 齐海群 12） 单小彪 1） 谢 涛 1） 1） 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨 150001 2） 黑龙江工程学院材料与化学工程系哈尔滨 150050 摘 要 为促进超声振动拉丝的实际应用针对不同施振方式的作用效果建立了一套正交复合超声振动拉丝实验系统系 统由超声波驱动器、超声振动系统、拉丝模和拉丝机等组成．利用有限元法对正交复合超声振动拉丝进行仿真模拟分析超声 振动拉丝的加工机理．通过对铜丝的一系列拉拔实验考察了在实际拉丝加工过程中纵向振动、横向振动和正交复合超声振 动对拉拔力和丝表面质量的影响．实验结果表明：当振幅达到一定值后正交复合超声振动的作用效果最好能使拉丝机的张 力调节周期有效延长 3倍以上减少了丝材的不均匀变形使拉丝更趋于稳定；当拉拔速度为 980ｍｍ·ｓ －1时可使拉拔力减小 近 10％改善了丝材表面质量． 关键词 超声振动；拉丝；拉拔实验；拉拔力；表面质量 分类号 ＴＢ55 Ｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｗｉｔｈｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎ ＱＩＨａｉ-ｑｕｎ 12）ＳＨＡＮＸｉａｏ-ｂｉａｏ 1）ＸＩＥＴａｏ 1） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＨａｒｂｉｎ150001Ｃｈｉｎａ 2） ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｓｏｆＭａｔｅｒｉａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＨａｒｂｉｎ150050Ｃｈｉｎａ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｕｓｉｎｇｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｓｃａｕｓｅｄｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎａｓｅｔｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｗｉｔｈｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｌｔｒａ- ｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｂｕｉｌｔｗｈｉｃｈｗａｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆａｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｐｏｗｅｒａｎｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｄｉｅａｎｄａｄｒａｗｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅｅｔｃ．Ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｕｓｉｎｇｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈａｓｅｒｉｅｓｏｆｄｒａｗｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｂｒａｓｓｗｉｒｅｓｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒａｄｉａｌａｎｄｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｎｔｈｅｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｗｉｒｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｄｕｒｉｎｇａｃｔｕａｌｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔ ｗｈｅｎｔｈｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅｉｓｅｎｏｕｇｈｔｈｅａｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓｔｈｅｂｅｓｔａｎｄｉｔｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｏｌｏｎｇｔｈｅｔｅｎｓｉｌｅ-ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｃｙｃｌｅｏｆｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｓｍｏｒｅｔｈａｎｔｈｒｅｅｔｉｍｅｓ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｃａｎｒｅｄｕｃｅｕｎｅｖｅｎ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｗｉｒｅｓａｎｄｍａｋｅｔｈｅｄｒａｗｉｎｇｔｅｎｄｔｏｂｅｍｏｒｅｓｔａｂｌｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｄｒａｗｉｎｇｓｐｅｅｄｉｓ980ｍｍ·ｓ －1ｔｈｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｄｒａｗｉｎｇ ｆｏｒｃｅｃａｕｓｅｄｂｙｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎｉｓａｂｏｕｔ30％ ａｎｄｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｗｉｒｅｄｒａｗｉｎｇ；ｄｒａｗｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｄｒａｗｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｓｕｒｆａｃｅｑｕａｌｉｔｙ 收稿日期：2009--04--20 基金项目：黑龙江省自然科学基金资助项目 （Ｎｏ．Ｅ200614） 作者简介：齐海群 （1965－ ）男博士研究生；谢 涛 （1965－ ）男教授博士Ｅ-ｍａｉｌ：ｘｉｅｔａｏｈｉｔ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ 常规拉丝加工过程中由于变形剧烈、变形力和 摩擦力大容易出现断丝和表面缺陷．研究表明超 声振动拉丝工艺可以在一定程度上解决这些问题． 超声振动拉丝是将高频电振荡信号通过振动系统转 换成相应频率的超声波振动能通过介质耦合到拉 丝模具上用振动的模具去加工丝材获得超声波振 动对金属塑性变形作用的加工过程 ［1--4］． 当前对纵向超声振动拉丝的研究较多横向较 少复合超声振动拉丝的研究国内还未见报道 ［5--6］． 笔者在前期研究工作的基础上建立了一套正交复 合超声振动拉丝实验系统同哈尔滨电缆厂的技术 人员一起对正交复合超声振动拉丝进行了实验 研究． 1 正交复合超声振动系统设计 正交复合超声振动拉丝系统主要由超声波驱动 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2010．01．008