狹縫式環(huán)形超聲聚能器徑向振動特性研究.pdf

1、目前在金屬塑性加工領域，為使產品質量滿足更高的要求，常采用在傳統(tǒng)技術基礎上對工具施加超聲振動的方式，如超聲冷拉拔金屬管、絲等，需要在拉拔的同時對模具施加超聲振動。超聲拉拔能減少拉拔能量消耗，具有顯著的節(jié)能效果。同時產品的表面質量、成材率及拉拔道次等多種方面相對于傳統(tǒng)拉拔效果有較大提高。目前，超聲拉拔技術主要采取縱向（材料拉拔方向）施加超聲振動，由于縱向面積較小，難以實現大功率合成（因能連接的超聲振子數量少）。而在超聲波拉絲技術中，有學者

2、對正交復合振動超聲冷拉拔金屬絲進行了研究。該方法的特點是在材料縱向及橫向（半徑方向）同時施加超聲振動。該研究表明，正交復合超聲振動拉拔相比于單一縱向拉拔，在減少拉拔力、提高拉拔效率及改善材料表面質量等諸多方面具有更顯著的優(yōu)點。但目前的正交系統(tǒng)，在橫向方向施加的超聲振動不均勻。為此，本文提出一種狹縫式環(huán)形超聲聚能器。該聚能器的特點是沿其半徑方向透開一系列的狹縫。此方法既改善了聚能器的機械性能;又增加驅動超聲換能器數量，從而能大幅提高超聲功

3、率的合成容量。并在超聲拉拔管材等工程技術具有良好的應用前景。
　　本文首先對環(huán)形聚能器的徑向振動特性進行了研究，推導了聚能器做純徑向振動時的機電類比等效電路方程及位移振幅放大系數，并進行了數值仿真分析和實驗驗證，最后在聚能器徑向合成幾個（三個及以上）微型PZT4壓電片對其共振頻率進行了測量。碩士期間主要進行了如下工作:
　　1.研究了薄盤及厚盤環(huán)形聚能器的等效電路、徑向振動共振頻率方程及其位移振幅放大系數。運用大型通用有限元

4、軟件ANSYS對其徑向振動特性進行了仿真分析，比較了兩者間的相同及不同之處。
　　2.建立了沿徑向開扇形狹縫的環(huán)形聚能器模型，對其徑向振動機電類比等效電路進行了推導，得出其徑向振動共振頻率方程，研究了其在不同內外半徑比下的位移振幅放大系數曲線，對其進行了仿真分析。理論及有限元結果比較吻合。
　　3.研究了聚能器的狹縫長度、寬度及角度對聚能器對其第1、2階徑向共振頻率及其徑向位移振幅放大系數的影響。給出了聚能器的位移振幅放大系

5、數隨狹縫尺寸參數的改變而改變的規(guī)律，從而得出了其優(yōu)化設計方法。
　　4.研究表明，聚能器的第1階徑向共振頻率隨其半徑比增加單調下降，而第2階共振頻率隨半徑比變化存在極小值;聚能器的徑向共振頻率隨狹縫長度、角度及數目的增加而降低;但其徑向位移變幅比分別在第1階振動由內向外傳輸及第2階振動由外向內傳輸時隨狹縫長度、角度及數目的增加而增大。此外，第2階徑向振動相比于第1階徑向振動可獲得較大的內外位移振幅放大比。
　　5.在理論與實