實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器在超聲輔助聚氨酯沖裁工藝研究中的應(yīng)用

　　研究方向：聚氨酯沖裁工藝是采用聚氨酯彈性體與金屬模具相互作用，對(duì)板料施加沖切動(dòng)作，從而得到?jīng)_孔件或落料件的一種工藝。設(shè)計(jì)了一套聚氨酯微孔陣列沖裁模具，將振動(dòng)頻率為40kHz的超聲振動(dòng)施加到?jīng)_頭上進(jìn)行沖裁實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。通過(guò)選取超聲電源、設(shè)計(jì)超聲波換能器、根據(jù)換能器、沖頭的尺寸解析設(shè)計(jì)圓錐變幅桿，并使用ANSYS優(yōu)化變幅桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行超聲輔助聚氨酯微孔陣列沖裁實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：超聲振動(dòng)對(duì)材料的軟化作用優(yōu)化了沖裁過(guò)程，擴(kuò)大了模具的工藝參數(shù)范圍，使?？咨疃葘?duì)板料成形過(guò)程的影響減小，從而達(dá)到降低模具加工成本的作用。

　　測(cè)試目的：超聲輔助聚氨酯微孔陣列沖裁實(shí)驗(yàn)，探究超聲振動(dòng)對(duì)沖裁過(guò)程的優(yōu)化作用。

　　測(cè)試設(shè)備：ATA-4052高壓功率放大器、信號(hào)發(fā)生器。

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

　　微沖裁是指沖裁件在兩個(gè)尺度上均處于亞毫米級(jí)的沖裁工藝，會(huì)激發(fā)材料的尺寸效應(yīng)，對(duì)模具的對(duì)中度要求較高。如何保證微沖裁件的尺寸精度和形狀精度的問(wèn)題得到了學(xué)者們的廣泛研究。微沖裁中的模具加工是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，常見(jiàn)的加工方法有激光銑削、微細(xì)電火花加工等，但這些加工方法存在成本較高、周期較長(zhǎng)等問(wèn)題。聚氨酯沖裁是一種典型的柔性模沖壓技術(shù)，采用聚氨酯制成的富有彈性的彈性墊替代傳統(tǒng)剛性模具中的凸、凹模，將聚氨酯彈性體墊與金屬模具配合，以實(shí)現(xiàn)沖裁。最早的柔性模沖壓技術(shù)起源于19世紀(jì)末，該技術(shù)可在一定程度上解決沖裁過(guò)程中出現(xiàn)的劃擦問(wèn)題。此后，柔性模沖壓技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展日趨成熟，并在工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，其中最著名的就是采用格林橡膠模沖壓法制造的飛機(jī)面板，由此可見(jiàn)該技術(shù)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(shù)都已有了較成熟的機(jī)理研究和應(yīng)用，但仍存在一些問(wèn)題，例如：①凹、凸模對(duì)中精度較高，難以對(duì)中；②利用聚氨酯沖孔的方法缺少能夯實(shí)理論基礎(chǔ)的力學(xué)仿真；③聚氨酯沖孔對(duì)?？咨疃扔休^高要求，通常得到的沖孔圓角帶過(guò)大。針對(duì)上述問(wèn)題，本文主要研究了以下內(nèi)容：①設(shè)計(jì)并搭建了聚氨酯微孔陣列沖裁裝置，并進(jìn)行單因素沖裁實(shí)驗(yàn)；②探究了沖孔直徑和斷面質(zhì)量隨板料厚度、?？咨疃?、沖裁力及沖裁速度變化的規(guī)律；③采用解析法設(shè)計(jì)變幅桿，進(jìn)行了有限元優(yōu)化，并進(jìn)行超聲輔助聚氨酯微孔陣列沖裁實(shí)驗(yàn)，探究超聲振動(dòng)對(duì)沖裁過(guò)程的優(yōu)化作用。

　　測(cè)試系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)選用信號(hào)發(fā)生器和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(hào)。本款信號(hào)發(fā)生器是一款功能較全面的雙通道函數(shù)/任意波發(fā)生器，其輸出正弦波形頻率可達(dá)60MHz，采樣率達(dá)500MSa/s，但存在輸出信號(hào)幅度最大值較小的問(wèn)題，并不能滿足加工所需的振幅，故需搭配ATA-4052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(dòng)振幅的穩(wěn)定輸出。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）本文設(shè)計(jì)了一套聚氨酯微孔陣列沖裁的裝置，設(shè)計(jì)并裝配了超聲輔助模塊，進(jìn)行了超聲振動(dòng)優(yōu)化聚氨酯沖裁工藝研究。首次提出了在一個(gè)沖壓行程內(nèi)先后完成剛性模落料和柔性模沖孔的特殊工藝。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)探究了模孔深度、沖裁力和沖裁速度對(duì)沖裁過(guò)程和加工件質(zhì)量的影響規(guī)律，驗(yàn)證了超聲振動(dòng)優(yōu)化工藝和改善沖裁件質(zhì)量的作用。

　?。?/span>2）通過(guò)設(shè)計(jì)、裝配超聲模塊進(jìn)行振幅的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)振幅隨著電源信號(hào)輸入幅度的增加而增大。超聲輔助聚氨酯微孔陣列沖裁實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，深度分別為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(diào)整電源信號(hào)幅度進(jìn)行超聲輔助沖裁實(shí)驗(yàn)，并對(duì)沖孔斷面進(jìn)行觀測(cè)，結(jié)果表明，超聲振動(dòng)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(dòng)時(shí)的57%增大到81%，斷面質(zhì)量得到顯著改善。

　　安泰ATA-4052高壓功率放大器的指標(biāo)參數(shù)：

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