樊雄

摘 要：振動(dòng)的應(yīng)用使得金屬材料加工效率和加工質(zhì)量都得到一定程度的改善，加工水平在原有的基礎(chǔ)上得到了提高。具體來(lái)說(shuō)金屬材料加工中振動(dòng)的應(yīng)用可以在很大程度上降低金屬材料在加工過(guò)程中產(chǎn)生的形變阻力，減少金屬材料加工過(guò)程中能源的不必要損耗，從而在降低加工和生產(chǎn)成本的同時(shí)提高金屬產(chǎn)品加工的質(zhì)量和效率。文章將對(duì)金屬材料加工過(guò)程中振動(dòng)的應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的概述，并作進(jìn)一步的分析和探討。

關(guān)鍵詞：金屬材料；加工；振動(dòng)應(yīng)用；研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TG334 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）2-0123-02

將振動(dòng)運(yùn)用到金屬材料的加工中的技術(shù)稱(chēng)為振動(dòng)加工。具體來(lái)說(shuō)就是在加工過(guò)程中對(duì)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(dòng)頻率下產(chǎn)生相應(yīng)的塑形形變，一般來(lái)說(shuō)產(chǎn)生塑形形變的金屬材料能夠在一定的程度上減少加工過(guò)程中產(chǎn)生的形變阻力，減少不必要的損耗，提高加工的質(zhì)量。可以說(shuō)振動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用是金屬材料加工發(fā)展過(guò)程中的一項(xiàng)技術(shù)的革新。振動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用能夠很好地解決以前一些難以解決的難題，并提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 振動(dòng)應(yīng)用的介紹

1.1 加工的原理

振動(dòng)應(yīng)用在金屬材料上的加工是通過(guò)振動(dòng)器和振動(dòng)電源來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其工作的原理是就是在加工過(guò)程中對(duì)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(dòng)頻率下產(chǎn)生相應(yīng)的塑形形變，這樣在加工工具進(jìn)行機(jī)械式的加工過(guò)程中就能減少形變阻力對(duì)加工過(guò)程中的影響，使加工的流程變得更加流暢。

1.2 振動(dòng)加工的優(yōu)勢(shì)

振動(dòng)加工最主要的作用是減少加工過(guò)程中的形變阻力，從而減少加工流程中不必要的損耗，進(jìn)一步提高加工的質(zhì)量。具體來(lái)說(shuō)有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

1.2.1 擴(kuò)大加工材料的范圍

在以前的加工技術(shù)中對(duì)高強(qiáng)度材料，如高鋼筋的加工，高硬度的加工，如不銹鋼加工過(guò)程中都會(huì)有一定的難度，加工后的產(chǎn)品并不能完全滿(mǎn)足實(shí)際運(yùn)用的需要，但是振動(dòng)應(yīng)用技術(shù)的運(yùn)用就能在一定程度上增加加工的成功率，提高加工的質(zhì)量。具體來(lái)說(shuō)，在攻絲加工運(yùn)用振動(dòng)技術(shù)后，就可以省去特殊絲錐的運(yùn)用，從而降低加工的難度和加工的成本。對(duì)粘性材料的加工，通過(guò)振動(dòng)應(yīng)用的引進(jìn)可以在機(jī)械鉸孔過(guò)程中降低粘性材料的粗糙程度，減少在加工過(guò)程中的劃痕和凹槽。

1.2.2 擴(kuò)大加工結(jié)構(gòu)的范圍

金屬材料加工過(guò)程中一些加工的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜會(huì)使得后續(xù)的加工不能順利的進(jìn)行，但是振動(dòng)應(yīng)用的引進(jìn)就能在一定程度上解決這一難題。一些復(fù)雜的金屬材料結(jié)構(gòu)如若剛度結(jié)構(gòu)，細(xì)長(zhǎng)桿以及薄壁筒的加工，在傳統(tǒng)的加工技術(shù)中就很難進(jìn)行后續(xù)加工，但是通過(guò)振動(dòng)應(yīng)用采用振動(dòng)車(chē)削，就能在一定程度上降低加工過(guò)程中的切削力，降低金屬材料的加工變形。對(duì)一些常規(guī)技術(shù)難以達(dá)到的加工結(jié)構(gòu)，曲面、死角、對(duì)角面、階梯面等的加工，可以通過(guò)振動(dòng)應(yīng)用中的振動(dòng)研拋，這樣就能提高加工的精度和準(zhǔn)度，進(jìn)而提高研拋的加工質(zhì)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(guò)程中容易出現(xiàn)毛刺，這樣會(huì)影響加工表面的完整性，可以運(yùn)用振動(dòng)應(yīng)用來(lái)除去毛刺，具體來(lái)說(shuō)就是通過(guò)振動(dòng)技術(shù)去除節(jié)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(yùn)用振動(dòng)擠壓法對(duì)金屬材料進(jìn)行強(qiáng)化，消除鍍層內(nèi)部和表面的缺陷，加強(qiáng)加工金屬材料氣密性，平均金屬材料內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而提高金屬材料的完整性和精度。

2 振動(dòng)應(yīng)用在金屬材料加工過(guò)程中運(yùn)用

2.1 振動(dòng)拉伸的運(yùn)用

振動(dòng)拉伸是在金屬材料加工中應(yīng)用的最早，運(yùn)用的時(shí)間也是最長(zhǎng)的，所以技術(shù)相對(duì)成熟。振動(dòng)拉伸可以大致的分為低頻振動(dòng)拉伸、超聲振動(dòng)拉伸兩個(gè)部分。超聲波拉絲裝置是振動(dòng)拉伸的具體運(yùn)用，屬于超聲振動(dòng)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(qū)動(dòng)電源相連，直接完成能源功率的轉(zhuǎn)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(diào)節(jié)加工的速率，調(diào)控儀器的拉伸力從而影響線材表面質(zhì)量和成品率?？偟膩?lái)說(shuō)，振動(dòng)拉伸可以通過(guò)降低金屬材料的變形抗力，進(jìn)而提高產(chǎn)品的加工質(zhì)量和加工的效率。同時(shí)振動(dòng)拉伸的運(yùn)用還能在一定程度上簡(jiǎn)化加工工藝，如減少加工退火的次數(shù)，降低加工過(guò)程中的摩擦力，減少熱能損耗，降低加工成本。

2.2 振動(dòng)切割的應(yīng)用

在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的初級(jí)階段，振動(dòng)切割作為一種先進(jìn)的技術(shù)工藝被引進(jìn)，是一種新型的切割方法。其加工的原理是：在加工之前對(duì)加工的刀具進(jìn)行方向上的調(diào)整，再在調(diào)整后的方向上給刀具提供相對(duì)穩(wěn)定的振動(dòng)頻率，具體的振動(dòng)頻率要根據(jù)刀具的材質(zhì)和加工金屬材質(zhì)的實(shí)際情況而定。根據(jù)加工的需要可以將振動(dòng)切割分為兩個(gè)類(lèi)型即：超聲振動(dòng)切割運(yùn)用的頻率是15 Hz～40 Hz，另一種是低頻振動(dòng)切削運(yùn)用的切削頻率范圍為20 Hz～170 Hz。據(jù)多年的調(diào)查研究表明相對(duì)于傳統(tǒng)模式下的切削，振動(dòng)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(guò)后金屬材料表面的粗糙程度、切割精度更好。而且振動(dòng)切割儀器的使用的時(shí)間也比普通的切割機(jī)要長(zhǎng)，運(yùn)用振動(dòng)切割機(jī)能在一定程度上減少經(jīng)濟(jì)投入成本?？偟膩?lái)說(shuō)，振動(dòng)切割的應(yīng)用在我國(guó)金屬材料的加工過(guò)程中有很重要的輔助作用，具有很大的實(shí)用價(jià)值。

2.3 振動(dòng)剪切的應(yīng)用

振動(dòng)剪切在我國(guó)引用的時(shí)間比振動(dòng)切割的時(shí)間晚二十年左右，但是對(duì)于我國(guó)的金屬材料加工事業(yè)的發(fā)展也是有著非常重要的作用。二十世紀(jì)八十年代，振動(dòng)剪切的技術(shù)開(kāi)始被引進(jìn)國(guó)內(nèi)，謝正禮所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)根據(jù)國(guó)外的理論技術(shù)基礎(chǔ)研究發(fā)明出一種更加先進(jìn)，便利具有實(shí)用性的振動(dòng)剪切機(jī)。其構(gòu)造結(jié)構(gòu)是主軸和偏心裝置相互連接，通過(guò)球形連桿將滑塊調(diào)節(jié)裝置和上剪切刀兩個(gè)部分相互連接起來(lái)，調(diào)控裝置中上下剪刀的位置來(lái)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(guò)程中的剪切阻力，并使得剪切的形狀更加的規(guī)整，剪切的速度得到提高。

2.4 振動(dòng)軋制的運(yùn)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(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的摩擦力來(lái)完成咬入軋件效果，同時(shí)軋件的形狀，尺寸和相應(yīng)的規(guī)格大小的改變都是通過(guò)軋制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是傳統(tǒng)模式下的加工工藝能源消耗較大、所需的靜壓力、驅(qū)動(dòng)力矩以及驅(qū)動(dòng)力的要求都比較高，需要較大的經(jīng)濟(jì)投入。而振動(dòng)軋制的應(yīng)用在一定程度上就能很好的解決這一問(wèn)題。北科大的研究人員在國(guó)外的理論技術(shù)基礎(chǔ)上運(yùn)用半固態(tài)金屬材料的性質(zhì)探討出一種新的連軋工藝。其工作的原理是通過(guò)電磁攪拌、振動(dòng)復(fù)合的攪拌使得加工的金屬材料變?yōu)榻M織均勻、晶粒小的漿料狀，然后將漿料由導(dǎo)流管從垂直方向?qū)胲垯C(jī)中進(jìn)行加工，第一道加工后，金屬材料會(huì)變?yōu)榘牍腆w漿料狀，在冷卻的狀態(tài)下進(jìn)行二道加工，連續(xù)軋制并在軋制過(guò)程中調(diào)整加工材料的規(guī)格大小。由于振動(dòng)軋制的加工是由液態(tài)加工到固態(tài)，在加工過(guò)程中沒(méi)有形變阻力，使得金屬材料的軋制更加的容易，降低了因?yàn)樽枇π巫兌斐傻膿p耗。

3 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)前面的分析可以得出振動(dòng)應(yīng)用在金屬材料加工中的最大作用是通過(guò)降低金屬加工材料的阻力形變來(lái)減少加工過(guò)程中的損耗，同時(shí)提高產(chǎn)品加工的質(zhì)量。相比于傳統(tǒng)模式下的材料加工，新型的振動(dòng)加工具有更多地優(yōu)勢(shì)，可以說(shuō)振動(dòng)應(yīng)用將在金屬材料的發(fā)展中起到非常重要的作用。

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