分析金屬材料加工中的振動利用問題

付高原

（鄭州成功財經學院， 河南 鄭州 451200）

金屬材料加工中，質量問題是影響構件后續應用的基本，在具體的金屬材料加工中，應控制金屬材料的基本質量，控制加工工藝，弱化外界因素干擾，進而保障加工效果。其中振動利用是通過轉化振動的方式，實現對加工過程中，振動的利用，從而提高工藝水平，保障工藝的整體質量。基于此，本文結合金屬材料加工中振動利用問題的詳細分析，具體內容如下。

1 振動利用的意義研究

金屬材料加工中，質量問題是影響加工的關鍵，其中，振動問題對加工具有不良作用，可影響加工精確度。但是，隨著金屬材料加工工藝的不斷完善和改進，本該極力控制的振動，可被有效利用，達到推動加工質量的目的。

加工過程中，振動會對加工進度造成影響，并影響材料性能。為此，實際的金屬材料加工中，可實現對振動的轉化，使之成為朝向有利的方向發展。實現對振動的利用，進而弱化振動的負面作用，促進加工效率及質量的提升。當前，研究人員針對振動利用問題做出了研究，同時也取得了一定的成效，現對振動利用意義進行分析，詳細內容如下。

（1）擴大加工金屬材料的范圍。在金屬材料加工過程中，存在金屬材料含碳量相對較高，這樣會造成刀具磨損相對嚴重，導致效率不高，這樣限制了加工金屬材料的范圍。而在這種情形下，展開對振動利用，能增強加工效率，并且能改善刀具損耗，最終使得加工金屬材料的范圍得到擴展。

（2）金屬材料的加工形式優化。對于復雜工件的加工中，一些普通方式存加工問題。當實現振動利用時，能完成加工形式優化。以薄壁工件加工為例，常規加工過程中，應確保刀具的連續性，這樣則容易出現變形，而對振動利用，則能形成一個彈性恢復過程，最終實現薄壁工件加工，并保障加工效果。

（3）加強工件的加工質量。金屬材料加工過程中，毛刺的問題較為常見，由于毛刺的存在，會嚴重影響金屬材料的質量。而對振動加以利用，則可改善毛刺現象，規避毛刺產生，確保工件的表面質量。

（4）提高加工效率。部分金屬材料存在加工難度相對較大的問題，能導致加工效率低下的問題。而振動利用能促進工藝革新，實現加工能力的提升，進而完成對金屬材料的快速加工，達到提高加工效率的目的。

2 金屬材料加工中振動的利用方法

在上述分析中，可以得到振動利用有助于金屬材料加工，為確保振動的有效利用，應結合實際加工工藝，選擇適宜的振動利用方法，確保利用效果，詳細的振動利用方法分析如下。

2.1 振動拉伸

振動的利用可有效應用到金屬材料加工中，振動拉伸屬于早期的應用方式，可分為低頻振動和高頻振動兩種方式。隨著研究的深入，振動拉伸工藝得到了改進與優化，仍舊符合當前金屬材料加工需求。高頻振動拉伸。應用時，借助超聲波激發整體裝置的共振，將超聲波驅動電源與換能器聯合使用，換能器再與變幅桿連接，變幅桿在應用時，承擔放大超聲波的作用，經過預先設定的比例，完成放大任務。以低碳鋼的振動拉伸為例，激振頻率保持不變時，在一定的振幅范圍內，振幅強度發生變化，屈服強度和拉伸強度也會隨之變化，且體現為負相關的聯系，而彈性模量則不隨著振幅變化發生改變。低碳鋼加工過程中，如果振幅不變，激振頻率發生變化，且保持在一定范圍內，發現屈服和強度的極限會發生變化，且證實了減幅效應。塑性變形區域內，振動拉伸作用下，應變能出現滯回現象，且滯回的程度和塑性變形具有關聯，呈正相關。此外，使用振動拉伸工藝，可實現對粘接拉伸線性的控制，最終能夠有效的提升拉伸的質量，效果顯著。

2.2 振動切削

切削工藝是金屬材料加工中的重要工藝類型，隨著振動利用研究的深入，將振動引入到切削工藝中，能實現對切削效率和質量的提升。切削振動早期為日本學者提出，并指出在切削刀具的切削方向增設振動，并調整控制頻率與幅度，能加強切削效果的目的。但是，受到當時工藝技術限制，能造成反復熨壓的現象。隨著研究深入，反復熨壓問題得到處理，使得振動切削得到改善和優化，能適應金屬材料加工的需求。振動切削在使用中，具備間歇性切削特性，較比常規刀具，振動切削作用下，能控制切削力，實現對刀具的保護，最終提高刀具的服務年限。

超聲振動切削是一種實用的切削方式，施加20kHz的頻率，且振動沿著切削方向，在加工過程中，所產生的切削力相對較小，為常規刀具的1/3~1/10，且具有良好的加工精度、對加工溫度需求較少，且不會造成工件變形，能有效抑制工件毛刺問題，刀具的服務年限得到全面提升，能達到傳統刀具的幾倍到幾十倍。具體的加工中，可用于加工一些難以加工的金屬材料，使的金屬材料加工的范圍得到擴展，高精度的工藝水平，能實現超精度加工，有效提升金屬材料加工的精度與可靠性。

2.3 振動剪切

振動剪切可用于剪切機，實現對復雜形狀的加工，主要加工對象為板材，完成板材的加工。在具體的應用中，于主軸設置偏心裝置，帶動剪切刀具，而且，這種方式可以縮小切削力的范圍，減少金屬材料受力面積，進而提高加工效率和加工精度，保障材料本身的穩定，最終避免塑性變形的問題。

在振動剪切中，最大剪切機可按照公式（1）進行計算：

公式中，如果為小型剪切機，K可以取值為1.3，τmax則用于描述被剪切金屬在相應溫度下的最大單位剪切抗力，F則為原始橫斷面面積。對于剪切功的計算可按照公式進行計算（1）：

公式中，F為原始橫斷面面積，h為原始高度，a為單位剪切功，為獲取具體數據可通過查表獲取。在具體的振動剪切過程中，可分為壓入變形和剪切滑移兩個階段，其中剪切過程為金屬的塑性變形過程。

2.4 振動軋制

軋制是金屬材料加工中的重要工藝，由于傳統軋制的能耗水平相對較大，功率低，需要引入振動現象，實現對工藝的優化改進。經過改進后，能實現振動軋制，可有效降低能耗、提高效率。在振動軋制過程中，為實現振動軋制機的構建，應預先實現對施振頻率的選擇、施振方式的選擇等，確保振動軋制的效果。振動軋制是在振動力學、金屬塑性變化和工程振動試驗的基礎上的設備類型，具體軋制機構建中，應對振動軋制的阻尼系數、幅頻特征、接觸剛度、接觸阻尼等進行分析，并合理的設置。同時，在具體的振動軋制過程中，也應注意對振動施加力進行控制，確保軋制效果。

以環件為例，軋制過程中，存在振動現象，系統方程可用mx（t）+cx（t）+kx（t）=-ΔF（t）描述，為實現對振動的處置，可引入振動軋制的方式，實現對振動問題的控制，有效增強金屬材料的加工效率和加工質量，并且改善金屬材料的加工性能，實現工藝優化的目的。

3 結束語

本文對金屬材料加工中的振動利用問題展開研究，現簡單分析具體的金屬材料振動轉化利用的目的，能改善金屬材料加工工藝，促進加工質量，擴大加工金屬范圍，實現對毛刺的控制。本文主要從四個角度入手，對振動軋制、振動剪切、振動切削、振動拉伸幾種利用方式，能對振動進行合理利用，實現振動的正向利用，進而增強金屬材料的加工效率和加工質量，綜合推動行業的發展與進步，可推廣進步。

[1]鄭志昂.金屬材料加工中的振動利用問題解析[J].南方農機,2017,48(4):180-180.

[2]劉鈺莎.振動利用在金屬材料加工中的工藝分析[J].科技與創新,2017(7):70-71.