钛及钛合金是一种重要的战略金属,但也属于难加工材料。传统的钛丝生产工艺涉及复杂的热处理、润滑处理和表面处理,且产品尺寸精度低、表面质量差,难以满足工业需求。研究表明单模具超声拉拔有助于降低丝材拉拔力、简化拉拔工艺、提高丝材表面质量,但效果仍待提高。因此,本文进行了钛丝的双模具超声拉拔仿真与实验研究,达到了进一步减小拉拔力和提高了钛丝表面质量的目的。本文的主要研究工作如下:本文针对双模具拉拔系统的两种典型工作模式,即两模具同向振动和反向振动,在ABAQUS中建立了钛丝拉拔过程的有限元模型。对模具与钛丝的接触行为和拉拔力进行了分析。仿真结果表明双模具反向振动时更有利于降低钛丝的拉拔力和实现模具与钛丝的分离。针对反向拉拔模式,本文进一步研究了施加超声振动后钛丝所受拉拔应力和接触应力的变化规律。分析了不同拉拔速度和超声振动强度对丝材拉拔力的影响规律。研究发现,在高强度超声振动下,钛丝与模具的接触过程可分为挤压接触和松弛接触两个阶段。钛丝塑性变形主要发生在挤压接触阶段;而在松弛接触阶段,钛丝的拉拔应力低于其屈服应力,丝材只产生弹性变形。根据以上仿真分析结果,对纵向超声波振子进行了设计。并基于机电相似理论,分析了振子阻抗角对振子输出功率和机械滞后特性的影响规律。在ANSYS中分析了振子的频率特性和输出振幅。研制了纵向超声波振子,并对振子的阻抗特性、频率特性、振幅输出特性进行了测试。搭建了双模具超声拉拔实验平台,在Lab VIEW中编写了拉拔力测试程序,进行了钛丝的双模具反向超声振动拉拔实验,并利用日立S-4300扫描电镜对钛丝表面形貌进行了观测。结果表明:拉拔速度一定时,增加超声振动强度有利于降低拉拔力,提高表面质量;超声振动强度一定时,随着拉拔速度的增加,超声作用减弱,拉拔力变大。在拉拔速度为298mm/s,超声振幅为13.97μm时,拉拔力减小了47.36%,丝材表面凸点、凹坑和裂纹等缺陷有了显著的减少。