分析金屬材料加工中的振動(dòng)利用問(wèn)題

付高原

（鄭州成功財(cái)經(jīng)學(xué)院， 河南 鄭州 451200）

金屬材料加工中，質(zhì)量問(wèn)題是影響構(gòu)件后續(xù)應(yīng)用的基本，在具體的金屬材料加工中，應(yīng)控制金屬材料的基本質(zhì)量，控制加工工藝，弱化外界因素干擾，進(jìn)而保障加工效果。其中振動(dòng)利用是通過(guò)轉(zhuǎn)化振動(dòng)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程中，振動(dòng)的利用，從而提高工藝水平，保障工藝的整體質(zhì)量。基于此，本文結(jié)合金屬材料加工中振動(dòng)利用問(wèn)題的詳細(xì)分析，具體內(nèi)容如下。

1 振動(dòng)利用的意義研究

金屬材料加工中，質(zhì)量問(wèn)題是影響加工的關(guān)鍵，其中，振動(dòng)問(wèn)題對(duì)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(jìn)，本該極力控制的振動(dòng)，可被有效利用，達(dá)到推動(dòng)加工質(zhì)量的目的。

加工過(guò)程中，振動(dòng)會(huì)對(duì)加工進(jìn)度造成影響，并影響材料性能。為此，實(shí)際的金屬材料加工中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的轉(zhuǎn)化，使之成為朝向有利的方向發(fā)展。實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的利用，進(jìn)而弱化振動(dòng)的負(fù)面作用，促進(jìn)加工效率及質(zhì)量的提升。當(dāng)前，研究人員針對(duì)振動(dòng)利用問(wèn)題做出了研究，同時(shí)也取得了一定的成效，現(xiàn)對(duì)振動(dòng)利用意義進(jìn)行分析，詳細(xì)內(nèi)容如下。

（1）擴(kuò)大加工金屬材料的范圍。在金屬材料加工過(guò)程中，存在金屬材料含碳量相對(duì)較高，這樣會(huì)造成刀具磨損相對(duì)嚴(yán)重，導(dǎo)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(kāi)對(duì)振動(dòng)利用，能增強(qiáng)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(kuò)展。

（2）金屬材料的加工形式優(yōu)化。對(duì)于復(fù)雜工件的加工中，一些普通方式存加工問(wèn)題。當(dāng)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)利用時(shí)，能完成加工形式優(yōu)化。以薄壁工件加工為例，常規(guī)加工過(guò)程中，應(yīng)確保刀具的連續(xù)性，這樣則容易出現(xiàn)變形，而對(duì)振動(dòng)利用，則能形成一個(gè)彈性恢復(fù)過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)薄壁工件加工，并保障加工效果。

（3）加強(qiáng)工件的加工質(zhì)量。金屬材料加工過(guò)程中，毛刺的問(wèn)題較為常見(jiàn)，由于毛刺的存在，會(huì)嚴(yán)重影響金屬材料的質(zhì)量。而對(duì)振動(dòng)加以利用，則可改善毛刺現(xiàn)象，規(guī)避毛刺產(chǎn)生，確保工件的表面質(zhì)量。

（4）提高加工效率。部分金屬材料存在加工難度相對(duì)較大的問(wèn)題，能導(dǎo)致加工效率低下的問(wèn)題。而振動(dòng)利用能促進(jìn)工藝革新，實(shí)現(xiàn)加工能力的提升，進(jìn)而完成對(duì)金屬材料的快速加工，達(dá)到提高加工效率的目的。

2 金屬材料加工中振動(dòng)的利用方法

在上述分析中，可以得到振動(dòng)利用有助于金屬材料加工，為確保振動(dòng)的有效利用，應(yīng)結(jié)合實(shí)際加工工藝，選擇適宜的振動(dòng)利用方法，確保利用效果，詳細(xì)的振動(dòng)利用方法分析如下。

2.1 振動(dòng)拉伸

振動(dòng)的利用可有效應(yīng)用到金屬材料加工中，振動(dòng)拉伸屬于早期的應(yīng)用方式，可分為低頻振動(dòng)和高頻振動(dòng)兩種方式。隨著研究的深入，振動(dòng)拉伸工藝得到了改進(jìn)與優(yōu)化，仍舊符合當(dāng)前金屬材料加工需求。高頻振動(dòng)拉伸。應(yīng)用時(shí)，借助超聲波激發(fā)整體裝置的共振，將超聲波驅(qū)動(dòng)電源與換能器聯(lián)合使用，換能器再與變幅桿連接，變幅桿在應(yīng)用時(shí)，承擔(dān)放大超聲波的作用，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的比例，完成放大任務(wù)。以低碳鋼的振動(dòng)拉伸為例，激振頻率保持不變時(shí)，在一定的振幅范圍內(nèi)，振幅強(qiáng)度發(fā)生變化，屈服強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度也會(huì)隨之變化，且體現(xiàn)為負(fù)相關(guān)的聯(lián)系，而彈性模量則不隨著振幅變化發(fā)生改變。低碳鋼加工過(guò)程中，如果振幅不變，激振頻率發(fā)生變化，且保持在一定范圍內(nèi)，發(fā)現(xiàn)屈服和強(qiáng)度的極限會(huì)發(fā)生變化，且證實(shí)了減幅效應(yīng)。塑性變形區(qū)域內(nèi)，振動(dòng)拉伸作用下，應(yīng)變能出現(xiàn)滯回現(xiàn)象，且滯回的程度和塑性變形具有關(guān)聯(lián)，呈正相關(guān)。此外，使用振動(dòng)拉伸工藝，可實(shí)現(xiàn)對(duì)粘接拉伸線性的控制，最終能夠有效的提升拉伸的質(zhì)量，效果顯著。

2.2 振動(dòng)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(dòng)利用研究的深入，將振動(dòng)引入到切削工藝中，能實(shí)現(xiàn)對(duì)切削效率和質(zhì)量的提升。切削振動(dòng)早期為日本學(xué)者提出，并指出在切削刀具的切削方向增設(shè)振動(dòng)，并調(diào)整控制頻率與幅度，能加強(qiáng)切削效果的目的。但是，受到當(dāng)時(shí)工藝技術(shù)限制，能造成反復(fù)熨壓的現(xiàn)象。隨著研究深入，反復(fù)熨壓?jiǎn)栴}得到處理，使得振動(dòng)切削得到改善和優(yōu)化，能適應(yīng)金屬材料加工的需求。振動(dòng)切削在使用中，具備間歇性切削特性，較比常規(guī)刀具，振動(dòng)切削作用下，能控制切削力，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具的保護(hù)，最終提高刀具的服務(wù)年限。

超聲振動(dòng)切削是一種實(shí)用的切削方式，施加20kHz的頻率，且振動(dòng)沿著切削方向，在加工過(guò)程中，所產(chǎn)生的切削力相對(duì)較小，為常規(guī)刀具的1/3~1/10，且具有良好的加工精度、對(duì)加工溫度需求較少，且不會(huì)造成工件變形，能有效抑制工件毛刺問(wèn)題，刀具的服務(wù)年限得到全面提升，能達(dá)到傳統(tǒng)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(kuò)展，高精度的工藝水平，能實(shí)現(xiàn)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(dòng)剪切

振動(dòng)剪切可用于剪切機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形狀的加工，主要加工對(duì)象為板材，完成板材的加工。在具體的應(yīng)用中，于主軸設(shè)置偏心裝置，帶動(dòng)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(jìn)而提高加工效率和加工精度，保障材料本身的穩(wěn)定，最終避免塑性變形的問(wèn)題。

在振動(dòng)剪切中，最大剪切機(jī)可按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

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

公式中，F(xiàn)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(shù)據(jù)可通過(guò)查表獲取。在具體的振動(dòng)剪切過(guò)程中，可分為壓入變形和剪切滑移兩個(gè)階段，其中剪切過(guò)程為金屬的塑性變形過(guò)程。

2.4 振動(dòng)軋制

軋制是金屬材料加工中的重要工藝，由于傳統(tǒng)軋制的能耗水平相對(duì)較大，功率低，需要引入振動(dòng)現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝的優(yōu)化改進(jìn)。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，能實(shí)現(xiàn)振動(dòng)軋制，可有效降低能耗、提高效率。在振動(dòng)軋制過(guò)程中，為實(shí)現(xiàn)振動(dòng)軋制機(jī)的構(gòu)建，應(yīng)預(yù)先實(shí)現(xiàn)對(duì)施振頻率的選擇、施振方式的選擇等，確保振動(dòng)軋制的效果。振動(dòng)軋制是在振動(dòng)力學(xué)、金屬塑性變化和工程振動(dòng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上的設(shè)備類型，具體軋制機(jī)構(gòu)建中，應(yīng)對(duì)振動(dòng)軋制的阻尼系數(shù)、幅頻特征、接觸剛度、接觸阻尼等進(jìn)行分析，并合理的設(shè)置。同時(shí)，在具體的振動(dòng)軋制過(guò)程中，也應(yīng)注意對(duì)振動(dòng)施加力進(jìn)行控制，確保軋制效果。

以環(huán)件為例，軋制過(guò)程中，存在振動(dòng)現(xiàn)象，系統(tǒng)方程可用mx（t）+cx（t）+kx（t）=-ΔF（t）描述，為實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的處置，可引入振動(dòng)軋制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)問(wèn)題的控制，有效增強(qiáng)金屬材料的加工效率和加工質(zhì)量，并且改善金屬材料的加工性能，實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)金屬材料加工中的振動(dòng)利用問(wèn)題展開(kāi)研究，現(xiàn)簡(jiǎn)單分析具體的金屬材料振動(dòng)轉(zhuǎn)化利用的目的，能改善金屬材料加工工藝，促進(jìn)加工質(zhì)量，擴(kuò)大加工金屬范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)毛刺的控制。本文主要從四個(gè)角度入手，對(duì)振動(dòng)軋制、振動(dòng)剪切、振動(dòng)切削、振動(dòng)拉伸幾種利用方式，能對(duì)振動(dòng)進(jìn)行合理利用，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的正向利用，進(jìn)而增強(qiáng)金屬材料的加工效率和加工質(zhì)量，綜合推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，可推廣進(jìn)步。

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