振动利用在金属材料加工中的工艺分析

摘 要：材料在工业的发展中占有举足轻重的地位，工业想发展，材料要先行，金属材料的加工对行业进步和社会发展有直接的影响。在研究加工方面，新技术和新理论是提高金属材料加工水平的前提，这些新技术和新理论的出现可为行业和社会发展提供更加可靠的基础，也能促进现代金属材料加工水平的提升。为了对金属加工技术进行全方位的理解，着重在振动拉伸、振动切削、振动剪切3个方面进行了全方位论述。

关键词：金属材料；加工振动；振动切削；振动剪切

中图分类号：TH161.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.070

1 将振动转化为应用的意义

随着科学技术的不断进步，先进的科学技术和理论在各行业越来越多，这些新技术的应用大大推动了各领域生产水平的提升。金属材料加工方面也不例外，先进的金属材料加工技术和理论不断涌现，使金属材料加工水平越来越高，这大大改善了金属材料的质量和性能。振动利用是金属材料加工过程中常用的手段，在加工过程中对振动进行利用，能对金属材料的加工质量和效率进行改善。随着振动在金属材料中的不断应用，也出现了很多与振动相关的技术和理论。为了更好地提升现代金属材料加工的水平，对振动利用问题进行分析具有非常重大的意义。

在材料加工过程中，易出现各种不利因素，影响了正常的加工时间，或由于操作过程中发生的一些失误，影响了材料性能及质量。在材料加工过程中，必须避免这些负影响，振动是其中要避免的因素之一。因此，很多的专家学者始终将通过减少振动来提高工作效率、加工质量作为材料加工行业的重点研究。但到目前为止，始终没有找到很好的消除振动的补救措施。任何问题有利即有弊，既然在加工过程中消除不了振动，是否可把这种不利因素转化为有利因素，这样既可以解决振动问题，还可以提高加工效率和质量。在振动过程中，必须对被加工材料或加工过程中使用的刀具按照设计严格控制振动频率和振幅。这样一方面有利于通过消除变形阻力降低对被加工材料的蠕动变形；另一方面，有利于提高加工质量。鉴于此，应把此技术广泛应用于金属材料的加工过程中，在金属材料加工中推广使用振动加工技术，主要表现在以下几个方面。

1.1 被加工金属材料的范围更大

各种金属材料的性质是不一样的，对于含碳量高、硬度大的金属材料，刀具易严重磨损，工作效率低下，特别是具有超级硬度、超级脆性的材料，由于加工过程中的变形阻力特别大，加工难度大，要求操作技术水平高，易导致操作困難。对于含碳量高、硬度大、脆性大的这些金属材料，在加工过程中应推广使用振动技术，从而对加工材料效率和质量两个方面技术标准进行改善。如果采用普通加工过程对一些具有粘接性的材料进行加工时，则易出现积屑的情况，加工过程中易产生不连续性，进而降低了加工效率和质量，甚至导致刀具被破坏。因此，建议在加工过程中尽量利用振动技术来确保加工材料的质量。

1.2 被加工材料结构形式的应用更广

有些被加工的金属材料结构相对复杂，加工时的操作技术含量高、操作难度大，采用普通的加工方式很难达到满意的效果，通过振动技术可有效解决这个问题。比如，直接利用金属板材等加工密度较高的可冲制结构和形状较为复杂的薄制品，常用的材料有碳钢、合金钢等。为了改善薄壁工件易出现的持久受力和变形问题，采用普通的加工刀具很难保证连续性。应用振动技术在这些材料的加工中，被加工的材料按照一定的频幅缓存受力，可确保被加工材料的弹性恢复的过程，易实现薄壁工件的加工标准。

1.3 可有效提高加工精度

加工过程中常出现被加工材料表面不圆滑或毛刺的情况，加工精度达不到标准，甚至出现废品。通过振动应用这一工艺，可尽量避免不光滑和毛刺的出现，有效提高被加工金属材料的质量。遇到大直径、较深的孔加工时，经常缺乏成熟的刀具解决方案。传统的加工方法不能为较大而且较长的孔加工提供令人满意的解决方案，使生产过程变得缓慢，并降低工艺的可靠性，采用振动利用可使这些加工工艺更高效、更可靠。

2 振动应用的几种方法

2.1 振动拉伸

我国振动拉伸的实验工作起步比较早，由于在拉伸金属过程中常会出现拉伸力突然发生变化的问题，这一现象在多种金属中均会出现。在拉伸金属时，通过应用超声波技术不仅能简化工艺，还能提高效率，降低金属材料的抵抗变形能力。这种方法已经在生产实际中应用在了强度高、成型难的金属材料加工中，通过拉拔、冲剪和轧压等手段可以进行高精度加工，有利于降低能耗。

2.2 振动切削

振动切削是通过刀具对被加工金属零件以一定方位、适度频率和一定的振动幅度达到改进切削效果的。对于振动切削的实验工作，可通过振动降低切削力和切削能耗、提高加工准确性、改进加工表面性质、改进工件表面密度。这种方法最典型的是利用超声波切削技术，把超声波振动按照特定的频率施加在加工件上进行周期性的切割与分离，实现被加工工件的可靠成型。

2.3 振动剪切

剪切时施加振动会减小剪切力和剪切功。增大振幅对降低剪切力和剪切功的作用明显，而改变频率和剪切速度则作用很小。在实验过程中观察到，振动幅度对剪切力的影响大，在不断增加振动幅度的情况下，剪切力持续下降。同时，降低振动的剪切功也在同步减小。因此，要统筹考虑可能出现的不足，以保证加工效率和效果。

3 结束语

振动在常规的金属材料加工过程中是一种不期望出现的因素，因振动的出现会影响金属材料的加工精度，还会对金属材料的性能造成一定的影响。将振动应用于金属材料的加工过程中，不仅能减弱振动造成的影响，还能更好地提升加工效率和加工质量。在金属材料的加工过程中，振动技术是常用的加工利用方式，通过利用振动技术能减小振动对加工效果的干扰，同时，能对加工质量和效能进行有效提升。

作者简介：刘钰莎（1996—），女，北京人，北京航空航天大学航空科学与工程学院在读本科，工程力学专业。

〔编辑：张思楠〕