實驗名稱：超聲輔助聚氨酯沖裁工藝研究

研究方向：復合材料

測試目的：

聚氨酯沖裁是一種典型的柔性模沖壓技術，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，以實現(xiàn)沖裁。最早的柔性模沖壓技術起源于19世紀末，該技術可在一定程度上解決沖裁過程中出現(xiàn)的劃擦問題。此后，柔性模沖壓技術經(jīng)過不斷的發(fā)展日趨成熟，并在工業(yè)生產(chǎn)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(nèi)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(zhì)量隨板料厚度、?？咨疃取_裁力及沖裁速度變化的規(guī)律；③采用解析法設計變幅桿，進行了有限元優(yōu)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(yōu)化作用。

測試設備：信號發(fā)生器、ATA-4052功率放大器、換能器、變幅桿；

實驗過程：

圖：超聲輔助聚氨酯微孔陣列沖裁裝置的模型

主要模塊包括由換能器、變幅桿等組件組成的超聲模塊，由模柄套筒、上模架、下模架等構成的模架模塊及由沖頭、容框凹模、頂桿、聚氨酯墊等構成的模具模塊。

圖：裝置實物圖

可見換能器、變幅桿和沖頭裝配成超聲模塊，換能器和變幅桿之間使用緊固螺栓連接；通過變幅桿的法蘭盤將超聲塊安裝于上模架的上表面，法蘭盤下方的定位臺。

實驗選用信號發(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。信號發(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(wěn)定輸出。

實驗結果：

（1）本文設計了一套聚氨酯微孔陣列沖裁的裝置，設計并裝配了超聲輔助模塊，進行了超聲振動優(yōu)化聚氨酯沖裁工藝研究。首次提出了在一個沖壓行程內(nèi)先后完成剛性模落料和柔性模沖孔的特殊工藝。通過單因素實驗探究了?？咨疃?、沖裁力和沖裁速度對沖裁過程和加工件質(zhì)量的影響規(guī)律，驗證了超聲振動優(yōu)化工藝和改善沖裁件質(zhì)量的作用。

（2）通過設計、裝配超聲模塊進行振幅的測量，發(fā)現(xiàn)振幅隨著電源信號輸入幅度的增加而增大。超聲輔助聚氨酯微孔陣列沖裁實驗結果顯示，深度分別為200、300、400μm的?？拙軟_孔成功，并得到帶有微孔陣列的落料件；調(diào)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(zhì)量得到顯著改善。

安泰ATA-4052高壓功率放大器：

圖：ATA-4052高壓功率放大器指標參數(shù)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。公司致力于功率放大器、功率信號源、計量校準源等產(chǎn)品為核心的相關行業(yè)測試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測試方案，Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。