金屬材料加工中的振動應用研究

樊雄

摘 要：振動的應用使得金屬材料加工效率和加工質量都得到一定程度的改善，加工水平在原有的基礎上得到了提高。具體來說金屬材料加工中振動的應用可以在很大程度上降低金屬材料在加工過程中產生的形變阻力，減少金屬材料加工過程中能源的不必要損耗，從而在降低加工和生產成本的同時提高金屬產品加工的質量和效率。文章將對金屬材料加工過程中振動的應用進行相應的概述，并作進一步的分析和探討。

關鍵詞：金屬材料；加工；振動應用；研究

中圖分類號：TG334 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0123-02

將振動運用到金屬材料的加工中的技術稱為振動加工。具體來說就是在加工過程中對金屬加工材料施加一定頻率、方向的振幅使得加工材料在這一特定的振動頻率下產生相應的塑形形變，一般來說產生塑形形變的金屬材料能夠在一定的程度上減少加工過程中產生的形變阻力，減少不必要的損耗，提高加工的質量。可以說振動技術的運用是金屬材料加工發展過程中的一項技術的革新。振動技術的運用能夠很好地解決以前一些難以解決的難題，并提高產品的質量。

1 振動應用的介紹

1.1 加工的原理

振動應用在金屬材料上的加工是通過振動器和振動電源來實現的，其工作的原理是就是在加工過程中對金屬加工材料或者是加工的刀片施加一定頻率、方向的振幅使得加工材料在這一特定的振動頻率下產生相應的塑形形變，這樣在加工工具進行機械式的加工過程中就能減少形變阻力對加工過程中的影響，使加工的流程變得更加流暢。

1.2 振動加工的優勢

振動加工最主要的作用是減少加工過程中的形變阻力，從而減少加工流程中不必要的損耗，進一步提高加工的質量。具體來說有以下幾個優點。

1.2.1 擴大加工材料的范圍

在以前的加工技術中對高強度材料，如高鋼筋的加工，高硬度的加工，如不銹鋼加工過程中都會有一定的難度，加工后的產品并不能完全滿足實際運用的需要，但是振動應用技術的運用就能在一定程度上增加加工的成功率，提高加工的質量。具體來說，在攻絲加工運用振動技術后，就可以省去特殊絲錐的運用，從而降低加工的難度和加工的成本。對粘性材料的加工，通過振動應用的引進可以在機械鉸孔過程中降低粘性材料的粗糙程度，減少在加工過程中的劃痕和凹槽。

1.2.2 擴大加工結構的范圍

金屬材料加工過程中一些加工的結構比較復雜會使得后續的加工不能順利的進行，但是振動應用的引進就能在一定程度上解決這一難題。一些復雜的金屬材料結構如若剛度結構，細長桿以及薄壁筒的加工，在傳統的加工技術中就很難進行后續加工，但是通過振動應用采用振動車削，就能在一定程度上降低加工過程中的切削力，降低金屬材料的加工變形。對一些常規技術難以達到的加工結構，曲面、死角、對角面、階梯面等的加工，可以通過振動應用中的振動研拋，這樣就能提高加工的精度和準度，進而提高研拋的加工質量和加工效率。

1.2.3 提高加工表面的完整性

金屬材料在加工過程中容易出現毛刺，這樣會影響加工表面的完整性，可以運用振動應用來除去毛刺，具體來說就是通過振動技術去除節流棱邊和流量孔的毛刺，這樣就能最大程度上保證加工表面的完整性。毛刺去除后可以運用振動擠壓法對金屬材料進行強化，消除鍍層內部和表面的缺陷，加強加工金屬材料氣密性，平均金屬材料內部的內應力，進而提高金屬材料的完整性和精度。

2 振動應用在金屬材料加工過程中運用

2.1 振動拉伸的運用

振動拉伸是在金屬材料加工中應用的最早，運用的時間也是最長的，所以技術相對成熟。振動拉伸可以大致的分為低頻振動拉伸、超聲振動拉伸兩個部分。超聲波拉絲裝置是振動拉伸的具體運用，屬于超聲振動拉伸的部分，組成部分是拉絲模頭、換能器、變幅桿和工具頭。其中換能器與超聲波驅動電源相連，直接完成能源功率的轉換，拉絲模頭是以連接件為紐帶安裝于工具頭上。在金屬材料加工中，拉絲摸頭能夠調節加工的速率，調控儀器的拉伸力從而影響線材表面質量和成品率。總的來說，振動拉伸可以通過降低金屬材料的變形抗力，進而提高產品的加工質量和加工的效率。同時振動拉伸的運用還能在一定程度上簡化加工工藝，如減少加工退火的次數，降低加工過程中的摩擦力，減少熱能損耗，降低加工成本。

2.2 振動切割的應用

在我國經濟建設發展的初級階段，振動切割作為一種先進的技術工藝被引進，是一種新型的切割方法。其加工的原理是：在加工之前對加工的刀具進行方向上的調整，再在調整后的方向上給刀具提供相對穩定的振動頻率，具體的振動頻率要根據刀具的材質和加工金屬材質的實際情況而定。根據加工的需要可以將振動切割分為兩個類型即：超聲振動切割運用的頻率是15 Hz～40 Hz，另一種是低頻振動切削運用的切削頻率范圍為20 Hz～170 Hz。據多年的調查研究表明相對于傳統模式下的切削，振動切割在切割溫度、工藝條件上要求更低，適用范圍更加廣泛，加工過后金屬材料表面的粗糙程度、切割精度更好。而且振動切割儀器的使用的時間也比普通的切割機要長，運用振動切割機能在一定程度上減少經濟投入成本。總的來說，振動切割的應用在我國金屬材料的加工過程中有很重要的輔助作用，具有很大的實用價值。

2.3 振動剪切的應用

振動剪切在我國引用的時間比振動切割的時間晚二十年左右，但是對于我國的金屬材料加工事業的發展也是有著非常重要的作用。二十世紀八十年代，振動剪切的技術開始被引進國內，謝正禮所帶領的團隊根據國外的理論技術基礎研究發明出一種更加先進，便利具有實用性的振動剪切機。其構造結構是主軸和偏心裝置相互連接，通過球形連桿將滑塊調節裝置和上剪切刀兩個部分相互連接起來，調控裝置中上下剪刀的位置來完成金屬材料的切割。由于剪切部分與金屬材料的接觸范圍很小，這樣能在一定程度上減少剪切部分在加工過程中的剪切阻力，并使得剪切的形狀更加的規整，剪切的速度得到提高。

2.4 振動軋制的運用

金屬材料的加工工藝中最重要的部分是軋制。軋制的目的是利用軋件和軋輥在軋輥轉動過程中所產生的摩擦力來完成咬入軋件效果，同時軋件的形狀，尺寸和相應的規格大小的改變都是通過軋制來實現的。但是傳統模式下的加工工藝能源消耗較大、所需的靜壓力、驅動力矩以及驅動力的要求都比較高，需要較大的經濟投入。而振動軋制的應用在一定程度上就能很好的解決這一問題。北科大的研究人員在國外的理論技術基礎上運用半固態金屬材料的性質探討出一種新的連軋工藝。其工作的原理是通過電磁攪拌、振動復合的攪拌使得加工的金屬材料變為組織均勻、晶粒小的漿料狀，然后將漿料由導流管從垂直方向導入軋機中進行加工，第一道加工后，金屬材料會變為半固體漿料狀，在冷卻的狀態下進行二道加工，連續軋制并在軋制過程中調整加工材料的規格大小。由于振動軋制的加工是由液態加工到固態，在加工過程中沒有形變阻力，使得金屬材料的軋制更加的容易，降低了因為阻力形變而造成的損耗。

3 結 語

根據前面的分析可以得出振動應用在金屬材料加工中的最大作用是通過降低金屬加工材料的阻力形變來減少加工過程中的損耗，同時提高產品加工的質量。相比于傳統模式下的材料加工，新型的振動加工具有更多地優勢，可以說振動應用將在金屬材料的發展中起到非常重要的作用。

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