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1、 中 北 大 学毕业设计开题报告学 生 姓 名： 周 娟学 号：0802014106学 院 、 系 ： 机械工程与自动化学院专 业 ： 机械设计制造及其自动化设 计 题 目 ： 功率超声振动冷拔机的设计指 导 教 师 : 祝锡晶 教授 2012 年 3 月 13 日开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献
2、综述的参考文献应不少于 15 篇（不包括辞典、手册） 。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标 GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如 0201140102） ，不能只写最后 2 位或 1 位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2004 年 3 月 15 日”或“2004-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告1 结
3、合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文 献 综 述一功率超声振动技术的产生和应用:超声加工技术是二十世纪 40 年代发展起来的一种特种加工技术，超声加工，是利用超声振动的工具在磨料的液体介质中或干磨料中产生的磨料的冲击、抛磨、液压冲积及由此产生的气蚀作用来去除材料，或给工具、工件沿一定方向施加超声频振动进行振动加工，或利用超声振动使工件相互结合的加工方法【1】 。近十几年来，随着电子技术、计算机技术以及材料科学技术的飞速发展超声技术在国民经济行业中应用越来越广泛，因而促使有关功率超声技术的机理及应用技术研究也有了较大的发展。【2】功率超声是超声学中一个重要的
4、传统研究方向。随着科学技术的发展, 其应用遍及航空、航海、国防、生物工程以及电子等领域。 超声技术已成为国际上公认的高科技领域, 与其有关的技术产品涉及到振动与声、电子、机械及材料等新技术。可以预见, 随着科学技术的发展, 它必将在我国国民经济建设中发挥越来越大的作用。然而,功率超声的各种应用发展并不平衡。一种新的功率超声技术能否很快从实验室走向工业化, 取决于它的经济性和可替代性。这一规律决定了一些功率超声技术, 如超声清洗和超声焊接等,其发展规模越来越大。而其他一些功率超声技术,如超声加工、超声提取和超声金属成型等,从提出到现在,几十年规模变化不大。另一些功率超声应用技术,如超声干燥和超声
5、空气清洗等,基本上已经不再存【3】 。超声技术在工业中的应用开始于上个世纪 10 到 20 年代，是以经典声学理论为基础，同时结合电子技术、计量技术、机械振动和材料学等学科领域的成就发展起来的一门综合技术。超声技术的应用可划分为功率超声和检测超声两大领域。其中，功率超声是利用超声振动形成的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种状态改变加快的一门技术。功率超声在机械加工方面的应用按其加工工艺特征，大致分为两类：一类是带磨料的超声磨料加工（包括游离磨料和固结磨料） ，另一类是采用切削工具与其它加工方法相结合形成的超声复合加工随着各行业对于新型材料的加工需要，超声加工技术以及
6、各关键功能模块的发展和研究倍受关注，取得了丰富的成果。但就超声加工装置以及机床的发展来说，仍需开展深入的研究工作。如市场化的性能优良的旋转超声加工机床，满额超声功率都在 500W 以下，长时间工作下只推荐使用几十瓦甚至是十几瓦的超声功率。这相比大功率的非旋转超声加工机床来说，旋转超声加工机床超声功率有待进一步提升，研究重点突出表现在如何实现超声加工机床振动系统的高旋转和超声能量的有效传递与耦合。 【4】二早期国内外功率超声振动技术的发展：功率超声如同超声学的其他分支学科一样，由于他在技术上具有某些独特的优点，所以近年来发展迅速，应用范围也越来越广范。1960 年美国已有超声冷拔钢管的工业应用基
7、础，1966 年以后又得到较大发展，1970 年以来发展较快，应用于生产已有十多年。日本报到了用 RL 变换功率合成装置，功率容量为 36 千瓦作超硬质合金及工具钢等的拉管实验。罗马利亚 1973 年以来也进行了超声冷拔碳钢管的实验性生产，其生产速度比不加超声快 100-150%。 【5】我国超声加工技术的研究始于 50 年代末，60 年代初，哈尔滨工业大学应用超声技术，加工了一批飞机上的铝制细长轴，取得了良好的切削效果。1973 年上海超声波电子仪器厂研制成功 CNM- 2 型超声研磨机。1982 年，上海钢管厂、中国科学院声学研究所及上海超声波仪器厂研制成功超声拉管设备，为我国超声加工在金
8、属塑性加工中的应用填补了空白。1985 年，清华大学王先速等进行了 45 号钢制成的超声砂带研抛的实验研究。 【6】三 三.冷拔机的背景及发展：1998 年，原有的卧式冷拔机开始投入使用，由于其是卧式，从侧面拔丝，该设备存在工作扭矩小，速度快；作业造成的粉尘浓度高、噪音大；拔丝粉、拔丝模浪费严重；职工劳动强度大；工作效率低；设备落后陈旧；安全系数低等不利因素。为此该设备完全依靠繁重的体力劳动作业，效率低下不说，安全难以保证，严重影响职工身体健康，产品质量难以控制。因此，针对原拔丝工艺存在的许多不利因素，对冷拔丝生产加工工艺和拔丝设备进行了改进。通过对拔丝机作业环境、加工工艺、设备等改造后，使其
9、具有结构合理、加工工序简单、一次成型、效率高、成本低、性能好、使用寿命长、维修方便、操作简单、安全系数高、噪声低等优点。 【7】随着能源、船舶、海洋、机械行业发展的需求，大型无缝管有着广阔的市场背景。冷加工的成型精度高，表面质量好，管材可以直接应用。相对而言，冷加工的能量损耗小，符合当前创建节约型社会的倡议，同时具有环保、降耗的优点。 【8】目前，国内直径为 660mm 的 2000吨液压冷拔管机已经投产，采用纯固定模具冷拔成型。这种加工方式，存在冷拔变形量小，冷拔后的应力状态不好的问题；此外，管坯通过与固定模之间的滑动摩擦挤压变形来达到缩径减壁目的，需要极大的进给动力，且在进给中，巨大的不平
10、均的摩擦力会使设备、管坯出现震颤，在管壁外形成振痕，影响产品的质量。 【9】以前的冷拔机一般无自动上料装置与坯料自动定位装置，生产运作时需辅以人工操作，一般至少两人借助行车等工具上料并进行坯料的定位，以配合冷拔机的运作。这种人工上料方式效率低下，工人的劳动强度大，操作极为不便。 【10】分析了原冷拔机卸料装置的缺点,提出了改进措施,又研制了一种新的自动卸料装置。新的自动卸料装置合理利用了冷拔机的泵站和操作台,不另加动力源,无需人工卸料,且具有结构简单、自动化程度高、操作简便等优点。【11】近年来，各种式样的冷拔机相继问世，比如无级自动液压冷拔机、链式冷拔机、连续式冷拔机等，逐步的克服了传统机床
11、的弊端，有了生产效率高，表面质量好，机体强度高，无屑加工，材料利用率高等优点，并在人们的不断探索中优化。 【12】 【13】四冷拔机的应用：冷拔机是生产冷拔无缝钢管的关键设备，主要由主传动减速机及链轮、链条、床身、拔管小车、拔模座、芯杆传动几部分组成。在生产过程中，主传动链条带动拔制小车，夹住管坯穿过拔模座中的模具，实现管坯的拉伸、减壁、减径等变形【14】 。目前，从国外发达国家的技术发展过程和发展趋势来看，对节能减排节材的要求正在逐渐转化为可操作的工程设计技术和设计规范，并有效贯彻到工程应用中。2007 年，研究出了一种功能复合的框架式液压冷拔机，比使用传统液压冷拔机综合节能指标约在 20%
12、左右，材料节约率 98%，节能节材效果明显。 【15】参考文献【1】 中国优秀硕士学位论文全文数据库刘国东，中北大学硕士学位论文，1 页【2】期刊论文陈国清，薛超，航空制造技术，2011 年第 16 期 71-78 页【3】中国期刊全文数据库林书玉，陕西师范大学学报（自然科学版）2001 年第 01期 101-105 页【4】中国期刊全文数据库冯平法，郑书友，张京京，制造技术与机床，2009 年 05期 57-62 页【5】中国期刊全文数据库林仲茂，物理，2000 年第 05 期 467-471 页【6】中国期刊全文数据库李征，中小企业管理与科技（下旬刊） ，2011 年 07 期第317 页
13、【7】中国期刊全文数据库 李亚明，中国高薪技术企业，2010 年 25 期第 19 页【8】USMethod of producing ultra thin wall metallic tube by cold drawingProcess,SUMITOMO METALIND ,2010 年 1 月 21 日 【9】CNCold drawing tube machine,YANGZHOU CHENGDE STEEL TUBE CO,2008 年 9月 9 日【10】CNCold drawing machine ，CHANGZHOU TENT HYDRAULIC MACHI,2008 年 1 月
14、28 日【11】期刊论文 项传宝，陈泉清，机械工程师，2006 年 05 期 165-172 页【12】期刊论文路斌，王和平，淮北职业技术学院院报，2010 年 05 期 75 页，114 页 【13】中国期刊全文数据库刘培康，钢管，2009 年 05 期第 28 页【14】学术论文企业技术开发（学术版） ，陈江，潘晓红，2008 年 7 期 26 页【15】会议论文 刘洪，李龙华，邢西哲，刘勇，2007-中国金属学会轧钢学会钢管学术委员会五届三次年会，322-323 页 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：总方案设计本设计主要是两部分的设计即功率
15、超声振动系统的设计和冷拔机的设计。在功率超声振动装置中，变幅杆、换能器、工具头是其重要的零部件，其中超声变幅杆外形通常为变截面杆，变幅杆作为超声加工处理设备中超声振动系统的重要组成部分,在理论设计时应根据实际情况选择最适合的模式进行设计计算。在解决实际问题时,单一变幅杆的放大系数往往达不到要求,因此应根据实际情况设计和选择复合变幅杆，经过初步的选定和比较选定单一圆锥变幅杆（图1） ，再进行变幅杆材料的选择和参数的设计。图1 圆锥形变幅杆外形图在实际工作中，功率超声振动换能器都是有负载的，为了达到这一要求，在超声功率范围内，常采用一种在压电陶瓷圆片的两个端面夹以金属块而组成的换能器，也就是我们所
16、说的夹心式压电陶瓷换能器，这种换能器的好处在于既利用了压电瓷振子的纵向效应，又得到了较低的共振频率，符合功率超声换能器的设计原则。纵向振动装置具有较大的传递振动功率，较小的振动能量损耗等特点，因此，这里选择一维纵向振动方式。冷拔机的各种类型中，液压冷拔机是冷拔加工的新型核心设备，传统的液压拔机造价高，体积和占地面积大，且所拔制工件长度受液压主油缸行程的制约。而无极液压冷拔机克服了这些缺点，其利用较小行程、较小缸径的油缸，采用双缸步进式拉拔，可以拔制缸径较大而长度几乎不限的工件，实现低投资，低风险，高效率，因此被广泛使用。本设计即采用无极液压式的冷拔机，其一般由液压缸、模座、横梁、机架、送料机构、牵引机构、芯杆及往复系统、泵站、操作台、模具等组成（图2） 。12 34 56 78 910 12图2 无极自动冷拔机结构示意图 1.液压缸 2.牵扯机构
