分析金属材料加工中的振动利用问题

付高原

（郑州成功财经学院， 河南 郑州 451200）

金属材料加工中，质量问题是影响构件后续应用的基本，在具体的金属材料加工中，应控制金属材料的基本质量，控制加工工艺，弱化外界因素干扰，进而保障加工效果。其中振动利用是通过转化振动的方式，实现对加工过程中，振动的利用，从而提高工艺水平，保障工艺的整体质量。基于此，本文结合金属材料加工中振动利用问题的详细分析，具体内容如下。

1 振动利用的意义研究

金属材料加工中，质量问题是影响加工的关键，其中，振动问题对加工具有不良作用，可影响加工精确度。但是，随着金属材料加工工艺的不断完善和改进，本该极力控制的振动，可被有效利用，达到推动加工质量的目的。

加工过程中，振动会对加工进度造成影响，并影响材料性能。为此，实际的金属材料加工中，可实现对振动的转化，使之成为朝向有利的方向发展。实现对振动的利用，进而弱化振动的负面作用，促进加工效率及质量的提升。当前，研究人员针对振动利用问题做出了研究，同时也取得了一定的成效，现对振动利用意义进行分析，详细内容如下。

（1）扩大加工金属材料的范围。在金属材料加工过程中，存在金属材料含碳量相对较高，这样会造成刀具磨损相对严重，导致效率不高，这样限制了加工金属材料的范围。而在这种情形下，展开对振动利用，能增强加工效率，并且能改善刀具损耗，最终使得加工金属材料的范围得到扩展。

（2）金属材料的加工形式优化。对于复杂工件的加工中，一些普通方式存加工问题。当实现振动利用时，能完成加工形式优化。以薄壁工件加工为例，常规加工过程中，应确保刀具的连续性，这样则容易出现变形，而对振动利用，则能形成一个弹性恢复过程，最终实现薄壁工件加工，并保障加工效果。

（3）加强工件的加工质量。金属材料加工过程中，毛刺的问题较为常见，由于毛刺的存在，会严重影响金属材料的质量。而对振动加以利用，则可改善毛刺现象，规避毛刺产生，确保工件的表面质量。

（4）提高加工效率。部分金属材料存在加工难度相对较大的问题，能导致加工效率低下的问题。而振动利用能促进工艺革新，实现加工能力的提升，进而完成对金属材料的快速加工，达到提高加工效率的目的。

2 金属材料加工中振动的利用方法

在上述分析中，可以得到振动利用有助于金属材料加工，为确保振动的有效利用，应结合实际加工工艺，选择适宜的振动利用方法，确保利用效果，详细的振动利用方法分析如下。

2.1 振动拉伸

振动的利用可有效应用到金属材料加工中，振动拉伸属于早期的应用方式，可分为低频振动和高频振动两种方式。随着研究的深入，振动拉伸工艺得到了改进与优化，仍旧符合当前金属材料加工需求。高频振动拉伸。应用时，借助超声波激发整体装置的共振，将超声波驱动电源与换能器联合使用，换能器再与变幅杆连接，变幅杆在应用时，承担放大超声波的作用，经过预先设定的比例，完成放大任务。以低碳钢的振动拉伸为例，激振频率保持不变时，在一定的振幅范围内，振幅强度发生变化，屈服强度和拉伸强度也会随之变化，且体现为负相关的联系，而弹性模量则不随着振幅变化发生改变。低碳钢加工过程中，如果振幅不变，激振频率发生变化，且保持在一定范围内，发现屈服和强度的极限会发生变化，且证实了减幅效应。塑性变形区域内，振动拉伸作用下，应变能出现滞回现象，且滞回的程度和塑性变形具有关联，呈正相关。此外，使用振动拉伸工艺，可实现对粘接拉伸线性的控制，最终能够有效的提升拉伸的质量，效果显著。

2.2 振动切削

切削工艺是金属材料加工中的重要工艺类型，随着振动利用研究的深入，将振动引入到切削工艺中，能实现对切削效率和质量的提升。切削振动早期为日本学者提出，并指出在切削刀具的切削方向增设振动，并调整控制频率与幅度，能加强切削效果的目的。但是，受到当时工艺技术限制，能造成反复熨压的现象。随着研究深入，反复熨压问题得到处理，使得振动切削得到改善和优化，能适应金属材料加工的需求。振动切削在使用中，具备间歇性切削特性，较比常规刀具，振动切削作用下，能控制切削力，实现对刀具的保护，最终提高刀具的服务年限。

超声振动切削是一种实用的切削方式，施加20kHz的频率，且振动沿着切削方向，在加工过程中，所产生的切削力相对较小，为常规刀具的1/3~1/10，且具有良好的加工精度、对加工温度需求较少，且不会造成工件变形，能有效抑制工件毛刺问题，刀具的服务年限得到全面提升，能达到传统刀具的几倍到几十倍。具体的加工中，可用于加工一些难以加工的金属材料，使的金属材料加工的范围得到扩展，高精度的工艺水平，能实现超精度加工，有效提升金属材料加工的精度与可靠性。

2.3 振动剪切

振动剪切可用于剪切机，实现对复杂形状的加工，主要加工对象为板材，完成板材的加工。在具体的应用中，于主轴设置偏心装置，带动剪切刀具，而且，这种方式可以缩小切削力的范围，减少金属材料受力面积，进而提高加工效率和加工精度，保障材料本身的稳定，最终避免塑性变形的问题。

在振动剪切中，最大剪切机可按照公式（1）进行计算：

公式中，如果为小型剪切机，K可以取值为1.3，τmax则用于描述被剪切金属在相应温度下的最大单位剪切抗力，F则为原始横断面面积。对于剪切功的计算可按照公式进行计算（1）：

公式中，F为原始横断面面积，h为原始高度，a为单位剪切功，为获取具体数据可通过查表获取。在具体的振动剪切过程中，可分为压入变形和剪切滑移两个阶段，其中剪切过程为金属的塑性变形过程。

2.4 振动轧制

轧制是金属材料加工中的重要工艺，由于传统轧制的能耗水平相对较大，功率低，需要引入振动现象，实现对工艺的优化改进。经过改进后，能实现振动轧制，可有效降低能耗、提高效率。在振动轧制过程中，为实现振动轧制机的构建，应预先实现对施振频率的选择、施振方式的选择等，确保振动轧制的效果。振动轧制是在振动力学、金属塑性变化和工程振动试验的基础上的设备类型，具体轧制机构建中，应对振动轧制的阻尼系数、幅频特征、接触刚度、接触阻尼等进行分析，并合理的设置。同时，在具体的振动轧制过程中，也应注意对振动施加力进行控制，确保轧制效果。

以环件为例，轧制过程中，存在振动现象，系统方程可用mx（t）+cx（t）+kx（t）=-ΔF（t）描述，为实现对振动的处置，可引入振动轧制的方式，实现对振动问题的控制，有效增强金属材料的加工效率和加工质量，并且改善金属材料的加工性能，实现工艺优化的目的。

3 结束语

本文对金属材料加工中的振动利用问题展开研究，现简单分析具体的金属材料振动转化利用的目的，能改善金属材料加工工艺，促进加工质量，扩大加工金属范围，实现对毛刺的控制。本文主要从四个角度入手，对振动轧制、振动剪切、振动切削、振动拉伸几种利用方式，能对振动进行合理利用，实现振动的正向利用，进而增强金属材料的加工效率和加工质量，综合推动行业的发展与进步，可推广进步。

[1]郑志昂.金属材料加工中的振动利用问题解析[J].南方农机,2017,48(4):180-180.

[2]刘钰莎.振动利用在金属材料加工中的工艺分析[J].科技与创新,2017(7):70-71.