摘 要：材料在工業(yè)的發(fā)展中占有舉足輕重的地位，工業(yè)想發(fā)展，材料要先行，金屬材料的加工對(duì)行業(yè)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展有直接的影響。在研究加工方面，新技術(shù)和新理論是提高金屬材料加工水平的前提，這些新技術(shù)和新理論的出現(xiàn)可為行業(yè)和社會(huì)發(fā)展提供更加可靠的基礎(chǔ)，也能促進(jìn)現(xiàn)代金屬材料加工水平的提升。為了對(duì)金屬加工技術(shù)進(jìn)行全方位的理解，著重在振動(dòng)拉伸、振動(dòng)切削、振動(dòng)剪切3個(gè)方面進(jìn)行了全方位論述。

關(guān)鍵詞：金屬材料；加工振動(dòng)；振動(dòng)切削；振動(dòng)剪切

中圖分類號(hào)：TH161.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.07.070

1 將振動(dòng)轉(zhuǎn)化為應(yīng)用的意義

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和理論在各行業(yè)越來(lái)越多，這些新技術(shù)的應(yīng)用大大推動(dòng)了各領(lǐng)域生產(chǎn)水平的提升。金屬材料加工方面也不例外，先進(jìn)的金屬材料加工技術(shù)和理論不斷涌現(xiàn)，使金屬材料加工水平越來(lái)越高，這大大改善了金屬材料的質(zhì)量和性能。振動(dòng)利用是金屬材料加工過(guò)程中常用的手段，在加工過(guò)程中對(duì)振動(dòng)進(jìn)行利用，能對(duì)金屬材料的加工質(zhì)量和效率進(jìn)行改善。隨著振動(dòng)在金屬材料中的不斷應(yīng)用，也出現(xiàn)了很多與振動(dòng)相關(guān)的技術(shù)和理論。為了更好地提升現(xiàn)代金屬材料加工的水平，對(duì)振動(dòng)利用問(wèn)題進(jìn)行分析具有非常重大的意義。

在材料加工過(guò)程中，易出現(xiàn)各種不利因素，影響了正常的加工時(shí)間，或由于操作過(guò)程中發(fā)生的一些失誤，影響了材料性能及質(zhì)量。在材料加工過(guò)程中，必須避免這些負(fù)影響，振動(dòng)是其中要避免的因素之一。因此，很多的專家學(xué)者始終將通過(guò)減少振動(dòng)來(lái)提高工作效率、加工質(zhì)量作為材料加工行業(yè)的重點(diǎn)研究。但到目前為止，始終沒(méi)有找到很好的消除振動(dòng)的補(bǔ)救措施。任何問(wèn)題有利即有弊，既然在加工過(guò)程中消除不了振動(dòng)，是否可把這種不利因素轉(zhuǎn)化為有利因素，這樣既可以解決振動(dòng)問(wèn)題，還可以提高加工效率和質(zhì)量。在振動(dòng)過(guò)程中，必須對(duì)被加工材料或加工過(guò)程中使用的刀具按照設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制振動(dòng)頻率和振幅。這樣一方面有利于通過(guò)消除變形阻力降低對(duì)被加工材料的蠕動(dòng)變形；另一方面，有利于提高加工質(zhì)量。鑒于此，應(yīng)把此技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬材料的加工過(guò)程中，在金屬材料加工中推廣使用振動(dòng)加工技術(shù)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 被加工金屬材料的范圍更大

各種金屬材料的性質(zhì)是不一樣的，對(duì)于含碳量高、硬度大的金屬材料，刀具易嚴(yán)重磨損，工作效率低下，特別是具有超級(jí)硬度、超級(jí)脆性的材料，由于加工過(guò)程中的變形阻力特別大，加工難度大，要求操作技術(shù)水平高，易導(dǎo)致操作困難。對(duì)于含碳量高、硬度大、脆性大的這些金屬材料，在加工過(guò)程中應(yīng)推廣使用振動(dòng)技術(shù)，從而對(duì)加工材料效率和質(zhì)量?jī)蓚€(gè)方面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改善。如果采用普通加工過(guò)程對(duì)一些具有粘接性的材料進(jìn)行加工時(shí)，則易出現(xiàn)積屑的情況，加工過(guò)程中易產(chǎn)生不連續(xù)性，進(jìn)而降低了加工效率和質(zhì)量，甚至導(dǎo)致刀具被破壞。因此，建議在加工過(guò)程中盡量利用振動(dòng)技術(shù)來(lái)確保加工材料的質(zhì)量。

1.2 被加工材料結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用更廣

有些被加工的金屬材料結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，加工時(shí)的操作技術(shù)含量高、操作難度大，采用普通的加工方式很難達(dá)到滿意的效果，通過(guò)振動(dòng)技術(shù)可有效解決這個(gè)問(wèn)題。比如，直接利用金屬板材等加工密度較高的可沖制結(jié)構(gòu)和形狀較為復(fù)雜的薄制品，常用的材料有碳鋼、合金鋼等。為了改善薄壁工件易出現(xiàn)的持久受力和變形問(wèn)題，采用普通的加工刀具很難保證連續(xù)性。應(yīng)用振動(dòng)技術(shù)在這些材料的加工中，被加工的材料按照一定的頻幅緩存受力，可確保被加工材料的彈性恢復(fù)的過(guò)程，易實(shí)現(xiàn)薄壁工件的加工標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 可有效提高加工精度

加工過(guò)程中常出現(xiàn)被加工材料表面不圓滑或毛刺的情況，加工精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，甚至出現(xiàn)廢品。通過(guò)振動(dòng)應(yīng)用這一工藝，可盡量避免不光滑和毛刺的出現(xiàn)，有效提高被加工金屬材料的質(zhì)量。遇到大直徑、較深的孔加工時(shí)，經(jīng)常缺乏成熟的刀具解決方案。傳統(tǒng)的加工方法不能為較大而且較長(zhǎng)的孔加工提供令人滿意的解決方案，使生產(chǎn)過(guò)程變得緩慢，并降低工藝的可靠性，采用振動(dòng)利用可使這些加工工藝更高效、更可靠。

2 振動(dòng)應(yīng)用的幾種方法

2.1 振動(dòng)拉伸

我國(guó)振動(dòng)拉伸的實(shí)驗(yàn)工作起步比較早，由于在拉伸金屬過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)拉伸力突然發(fā)生變化的問(wèn)題，這一現(xiàn)象在多種金屬中均會(huì)出現(xiàn)。在拉伸金屬時(shí)，通過(guò)應(yīng)用超聲波技術(shù)不僅能簡(jiǎn)化工藝，還能提高效率，降低金屬材料的抵抗變形能力。這種方法已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用在了強(qiáng)度高、成型難的金屬材料加工中，通過(guò)拉拔、沖剪和軋壓等手段可以進(jìn)行高精度加工，有利于降低能耗。

2.2 振動(dòng)切削

振動(dòng)切削是通過(guò)刀具對(duì)被加工金屬零件以一定方位、適度頻率和一定的振動(dòng)幅度達(dá)到改進(jìn)切削效果的。對(duì)于振動(dòng)切削的實(shí)驗(yàn)工作，可通過(guò)振動(dòng)降低切削力和切削能耗、提高加工準(zhǔn)確性、改進(jìn)加工表面性質(zhì)、改進(jìn)工件表面密度。這種方法最典型的是利用超聲波切削技術(shù)，把超聲波振動(dòng)按照特定的頻率施加在加工件上進(jìn)行周期性的切割與分離，實(shí)現(xiàn)被加工工件的可靠成型。

2.3 振動(dòng)剪切

剪切時(shí)施加振動(dòng)會(huì)減小剪切力和剪切功。增大振幅對(duì)降低剪切力和剪切功的作用明顯，而改變頻率和剪切速度則作用很小。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到，振動(dòng)幅度對(duì)剪切力的影響大，在不斷增加振動(dòng)幅度的情況下，剪切力持續(xù)下降。同時(shí)，降低振動(dòng)的剪切功也在同步減小。因此，要統(tǒng)籌考慮可能出現(xiàn)的不足，以保證加工效率和效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

振動(dòng)在常規(guī)的金屬材料加工過(guò)程中是一種不期望出現(xiàn)的因素，因振動(dòng)的出現(xiàn)會(huì)影響金屬材料的加工精度，還會(huì)對(duì)金屬材料的性能造成一定的影響。將振動(dòng)應(yīng)用于金屬材料的加工過(guò)程中，不僅能減弱振動(dòng)造成的影響，還能更好地提升加工效率和加工質(zhì)量。在金屬材料的加工過(guò)程中，振動(dòng)技術(shù)是常用的加工利用方式，通過(guò)利用振動(dòng)技術(shù)能減小振動(dòng)對(duì)加工效果的干擾，同時(shí)，能對(duì)加工質(zhì)量和效能進(jìn)行有效提升。

作者簡(jiǎn)介：劉鈺莎（1996—），女，北京人，北京航空航天大學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院在讀本科，工程力學(xué)專業(yè)。

〔編輯：張思楠〕