實驗(yan)名稱(cheng)：超(chao)聲輔助聚氨酯沖裁工藝研(yan)究

　　研究方向(xiang)：復合材料

　　測試目的：

　　聚(ju)氨(an)酯(zhi)沖(chong)(chong)裁(cai)(cai)是一種典(dian)型的(de)(de)柔(rou)性(xing)模沖(chong)(chong)壓(ya)技術(shu)，采用聚(ju)氨(an)酯(zhi)制成的(de)(de)富有彈(dan)(dan)性(xing)的(de)(de)彈(dan)(dan)性(xing)墊替代傳(chuan)統剛(gang)性(xing)模具(ju)(ju)中的(de)(de)凸、凹模，將聚(ju)氨(an)酯(zhi)彈(dan)(dan)性(xing)體墊與(yu)金屬模具(ju)(ju)配(pei)合，以(yi)實現沖(chong)(chong)裁(cai)(cai)。最早的(de)(de)柔(rou)性(xing)模沖(chong)(chong)壓(ya)技術(shu)起源于(yu)19世紀末，該技術可在一定程度上解決沖裁過程中出現的劃擦問題。此后，柔性模沖壓技術經過不斷的發展日趨成熟，并在工業生產等領域得到了廣泛應用，其中最著名的就是采用格林橡膠模沖壓法制造的飛機面板[6]，由此可見該技術可用于加工精度較高、缺陷較少的零件。雖然柔性模沖壓及微沖裁技術都已有了較成熟的機理研究和應用，但仍存在一些問題，例如：①凹、凸模對中精度較高，難以對中；②利用聚氨酯沖孔的方法缺少能夯實理論基礎的力學仿真；③聚氨酯沖孔對模孔深度有較高要求，通常得到的沖孔圓角帶過大。針對上述問題，本文主要研究了以下內容：①設計并搭建了聚氨酯微孔陣列沖裁裝置，并進行單因素沖裁實驗；②探究了沖孔直徑和斷面質量隨板料厚度、模孔深度、沖裁力及沖裁速度變化的規律；③采用解析法設計變幅桿，進行了有限元優化，并進行超聲輔助聚氨酯微孔陣列沖裁實驗，探究超聲振動對沖裁過程的優化作用。

　　測試設備：信(xin)號發(fa)生器、ATA-4052功率放大器、換能器、變幅桿；

　　實驗過(guo)程：

圖(tu)：超聲輔助聚(ju)氨酯微孔陣列沖(chong)裁裝置的(de)模型

　　主(zhu)要模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)包括(kuo)由(you)換(huan)能器、變幅桿等(deng)組件組成(cheng)的超聲模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)，由(you)模(mo)(mo)(mo)(mo)柄(bing)套筒(tong)、上(shang)模(mo)(mo)(mo)(mo)架、下模(mo)(mo)(mo)(mo)架等(deng)構(gou)成(cheng)的模(mo)(mo)(mo)(mo)架模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)及由(you)沖頭、容框凹模(mo)(mo)(mo)(mo)、頂桿、聚氨酯墊(dian)等(deng)構(gou)成(cheng)的模(mo)(mo)(mo)(mo)具(ju)模(mo)(mo)(mo)(mo)塊(kuai)。

圖(tu)：裝置實物(wu)圖(tu)

　　可見換能(neng)(neng)器、變(bian)幅桿(gan)和(he)(he)沖頭裝(zhuang)(zhuang)配成超聲(sheng)模塊，換能(neng)(neng)器和(he)(he)變(bian)幅桿(gan)之(zhi)間使用緊(jin)固螺(luo)栓連接(jie)；通(tong)過(guo)變(bian)幅桿(gan)的法蘭盤(pan)將超聲(sheng)塊安裝(zhuang)(zhuang)于上模架的上表面，法蘭盤(pan)下方的定位(wei)臺。

　　實(shi)驗(yan)選用信號發(fa)生(sheng)器和(he)ATA-4052功率放大器組成超聲模塊中的超聲電源，用于提高頻率固定的高頻振蕩符號。信號發生器是一款功能較全面的雙通道函數/任意波發生器，其輸出正弦波形頻率可達60MHz，采樣率達500MSa/s，但存在輸出信號幅度最大值較小的問題，并不能滿足加工所需的振幅，故需搭配ATA-4052超聲功率放大器以放大其幅度。二者共同作用維持了超聲波振動振幅的穩定輸出。

　　實驗結果：

　　（1）本文設計了一套聚氨(an)酯微孔陣(zhen)列沖(chong)裁(cai)的裝置，設計并裝配了超聲(sheng)輔(fu)助(zhu)模塊，進行(xing)了超聲(sheng)振動優化聚氨(an)酯沖(chong)裁(cai)工(gong)藝(yi)研究。首次提出了在一個沖(chong)壓(ya)行(xing)程內先后(hou)完成剛性模落料(liao)和(he)(he)柔性模沖(chong)孔的特殊工(gong)藝(yi)。通過(guo)單因(yin)素實驗探究了模孔深(shen)度(du)、沖(chong)裁(cai)力(li)和(he)(he)沖(chong)裁(cai)速度(du)對沖(chong)裁(cai)過(guo)程和(he)(he)加(jia)工(gong)件質量(liang)的影響(xiang)規律，驗證了超聲(sheng)振動優化工(gong)藝(yi)和(he)(he)改善沖(chong)裁(cai)件質量(liang)的作用(yong)。

　　（2）通過(guo)設計(ji)、裝配(pei)超(chao)聲模塊進(jin)行振(zhen)幅的測(ce)量(liang)，發現振(zhen)幅隨著電源(yuan)信(xin)號輸入幅度的增加而增大(da)。超(chao)聲輔助聚氨(an)酯微孔陣列沖(chong)裁實驗結(jie)果顯(xian)示，深度分(fen)別為200、300、400μm的模孔均能沖孔成功，并得到帶有微孔陣列的落料件；調整電源信號幅度進行超聲輔助沖裁實驗，并對沖孔斷面進行觀測，結果表明，超聲振動能改善沖孔的斷面形貌，且隨著振幅的增加，沖孔斷面光亮帶的比例由未施加超聲振動時的57%增大到81%，斷面質量得到顯著改善。

　　安泰(tai)ATA-4052高壓功率放大器：

圖：ATA-4052高壓功率放大器指標參數

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