实验名称：功率放大器在超声辅助聚氨酯冲裁工艺研究中的应用

　　研究方向：聚氨酯冲裁工艺是采用聚氨酯弹性体与金属模具相互作用，对板料施加冲切动作，从而得到冲孔件或落料件的一种工艺。设计了一套聚氨酯微孔阵列冲裁模具，将振动频率为40kHz的超声振动施加到冲头上进行冲裁实验，并对实验结果进行分析。通过选取超声电源、设计超声波换能器、根据换能器、冲头的尺寸解析设计圆锥变幅杆，并使用ANSYS优化变幅杆结构进行超声辅助聚氨酯微孔阵列冲裁实验。结果表明：超声振动对材料的软化作用优化了冲裁过程，扩大了模具的工艺参数范围，使模孔深度对板料成形过程的影响减小，从而达到降低模具加工成本的作用。

　　测试目的：超声辅助聚氨酯微孔阵列冲裁实验，探究超声振动对冲裁过程的优化作用。

　　测试设备：ATA-4052高压功率放大器、信号发生器。

　　实验内容：

　　微冲裁是指冲裁件在两个尺度上均处于亚毫米级的冲裁工艺，会激发材料的尺寸效应，对模具的对中度要求较高。如何保证微冲裁件的尺寸精度和形状精度的问题得到了学者们的广泛研究。微冲裁中的模具加工是一个技术难点，常见的加工方法有激光铣削、微细电火花加工等，但这些加工方法存在成本较高、周期较长等问题。聚氨酯冲裁是一种典型的柔性模冲压技术，采用聚氨酯制成的富有弹性的弹性垫替代传统刚性模具中的凸、凹模，将聚氨酯弹性体垫与金属模具配合，以实现冲裁。最早的柔性模冲压技术起源于19世纪末，该技术可在一定程度上解决冲裁过程中出现的划擦问题。此后，柔性模冲压技术经过不断的发展日趋成熟，并在工业生产等领域得到了广泛应用，其中最著名的就是采用格林橡胶模冲压法制造的飞机面板，由此可见该技术可用于加工精度较高、缺陷较少的零件。虽然柔性模冲压及微冲裁技术都已有了较成熟的机理研究和应用，但仍存在一些问题，例如：①凹、凸模对中精度较高，难以对中；②利用聚氨酯冲孔的方法缺少能夯实理论基础的力学仿真；③聚氨酯冲孔对模孔深度有较高要求，通常得到的冲孔圆角带过大。针对上述问题，本文主要研究了以下内容：①设计并搭建了聚氨酯微孔阵列冲裁装置，并进行单因素冲裁实验；②探究了冲孔直径和断面质量随板料厚度、模孔深度、冲裁力及冲裁速度变化的规律；③采用解析法设计变幅杆，进行了有限元优化，并进行超声辅助聚氨酯微孔阵列冲裁实验，探究超声振动对冲裁过程的优化作用。

　　测试系统：实验选用信号发生器和ATA-4052功率放大器组成超声模块中的超声电源，用于提高频率固定的高频振荡符号。本款信号发生器是一款功能较全面的双通道函数/任意波发生器，其输出正弦波形频率可达60MHz，采样率达500MSa/s，但存在输出信号幅度最大值较小的问题，并不能满足加工所需的振幅，故需搭配ATA-4052功率放大器以放大其幅度。二者共同作用维持了超声波振动振幅的稳定输出。

　　实验结果：（1）本文设计了一套聚氨酯微孔阵列冲裁的装置，设计并装配了超声辅助模块，进行了超声振动优化聚氨酯冲裁工艺研究。首次提出了在一个冲压行程内先后完成刚性模落料和柔性模冲孔的特殊工艺。通过单因素实验探究了模孔深度、冲裁力和冲裁速度对冲裁过程和加工件质量的影响规律，验证了超声振动优化工艺和改善冲裁件质量的作用。

　　（2）通过设计、装配超声模块进行振幅的测量，发现振幅随着电源信号输入幅度的增加而增大。超声辅助聚氨酯微孔阵列冲裁实验结果显示，深度分别为200、300、400μm的模孔均能冲孔成功，并得到带有微孔阵列的落料件；调整电源信号幅度进行超声辅助冲裁实验，并对冲孔断面进行观测，结果表明，超声振动能改善冲孔的断面形貌，且随着振幅的增加，冲孔断面光亮带的比例由未施加超声振动时的57%增大到81%，断面质量得到显著改善。

　　安泰ATA-4052高压功率放大器的指标参数：

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