颤振冷挤压振动台设计与振动特性研究

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冷挤压成形具有“高效、优质、低消耗、低成本”等优点,是一种广泛应用于汽车、军工、航空航天、日用五金等各行业的先进金属塑性成形工艺方法。然而,冷挤压零件成形存在很大的变形抗力,成形力巨大,往往需要大吨位的压力机,若成形设备吨位不足,则很容易产生挤压不充分等缺陷。为解决这一难题,研究人员将振动激励引入塑性成形中,实验证实振动激励能有效降低材料在加工过程的变形抗力。但是,目前所广泛采用的超声振动激励所产生的激振力有限,多用在成形力相对于冷挤压较小的情况下,而用于冷挤压实验的振动挤压多用易成形“软性”材料做实验,振动台幅值、频率难以精确调整。因此,设计制造一种适用于冷挤压实验的振动台并对其振动特性进行研究对改善冷挤压加工工艺有着至关重要的意义。  本文基于冷挤压加工高载荷、小位移的工况,研制出了通过激励振动台弹性端盖弹性变形实现颤振的颤振冷挤压振动台,并通过仿真和实验研究其振动特性。  主要研究内容为:  1.介绍颤振冷挤压振动台的工作原理,即用一种新结构的旋转轴配流交流2D激振阀输出高频交流液流使特殊结构的颤振液压缸的弹性端盖进行高频低幅颤振。进行该振动台的结构设计、主要受力元件强度校核及关键部件材料选择。  2.运用ANSYS对振动台进行静力学和模态分析,得到弹性端盖空载和加载状态下的位移、应力云图和前12阶固有频率和振幅,确定振动台安全的有效工作方式。  3.通过单因素分析和敏感度分析,研究五项影响因素与振动台振幅的数值关系及影响程度大小。通过多因素分析,建立输入为输入油压、振动台加载,输出为振动台弹性端盖位移的二元插值模型。  4.搭建冷挤压实验平台,对振动台空载振幅进行分析研究,并与二元插值模型仿真结果进行对比,修正仿真模型;运用修正后的模型,对冷挤压过程中振动台振幅进行研究,对比仿真位移曲线和实际位移曲线。实验结果表明,整个冷挤压过程中振动台振幅分为前期急速下降阶段、波动阶段、中期急速下降阶段、无法激振阶段和后期回复阶段共五个阶段,修正后的模型能有效仿真振动台空载和加载振幅。
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