一家专注流体压力成形技术
【作 者】孟德安;朱成成;董渊哲;赵升吨
【前 言】
随着现代制造业整体向轻量化、高强度和低成本方向发展，对传统塑性加工技术提出了新的要求，其中，难成形材料零件、复杂型面零件、一体化零件成为塑性加工领域的研究热点。振动场与塑性力场的藕合能够产生诸如材料流动应力下降的体积效应和接触面摩擦力降低的表面效应，成为解决塑性加工难题极具潜力的手段之一。
振动辅助塑性成形技术是近年来振动利用工程在特种塑性成形领域发展起来的一门新兴边缘交叉学科[1-4]，振动辅助塑性加工能大幅降低加工过程中的变形抗力，并附带其他提高产品质量的有利影响，兼具体积效应和表面效应，具体表现为:( 1 )降低成形力;( 2)降低流动应力;( 3)减少模具与工件之间的摩擦;(4)获得较好的产品表面质量和高的尺寸精度。中国机械工程学会塑性工程分会编制的《塑性成形技术路线图》[5]将特种塑性成形技术、冲压技术和挤压技术作为“面向2030年，塑性成形技术11项关键技术”之一，并将“成形时施加在材料上的特殊物理场和成形力的特殊施加方式”作为特种塑性成形技术发展的重要研究方向。
可见，开发振动辅助塑性成形技术新工艺、研究振动辅助塑性成形理论，以及研制新的振动辅助成形装备对提升国家整体制造业技术水平具有重要意义。
本文从振动辅助塑性成形工艺、振动场材料变形机理和振动场下的摩擦行为3个方面对振动辅助塑性成形技术进行了总结，重点综述了振动辅助塑性成形新工艺的特点、振动辅助塑性成形机理和振动减摩机理的研究进展，并对未来发展前景进行了展望。
【结 论】
(1)振动辅助塑性成形在金属拉拔、拉深、挤压、轧制等成形领域得到了广泛应用，振动能场可以有效地改变材料的成形性能，改善工件和模具间的摩擦条件，降低成形力，获得较好的产品表面质量和尺寸精度。
(2)金属材料在塑性变形过程叠加振动会发生软化现象，在一定条件下会发生残余硬化或软化效应。振动场下材料变形机理研究主要以超声辅助压缩实验为主，基于位错和能量角度对振动软化效应的解释，得到了更多学者的认同。振动的残余效应随着材料、实验条件等参数的改变而不尽相同。振动场下材料的本构模型并未形成统一理论。
(3)在超声振动和低频振动作用下，金属摩擦副间摩擦力均存在下降趋势。振动减摩解释主要有振动改变摩擦力矢方向、振动改变摩擦副间相对滑动速度和振动改善界面润滑状态，其中低频振动减摩效应主要由于振动诱发再润滑现象。摩擦力矢反向导致的振动周期内平均摩擦力下降的摩擦模型被广泛接受，考虑材料表面微观形貌的更为准确的动态摩擦模型有待进一步完善。
(4)目前，国内外振动辅助塑性加工的研究成果主要以超声振动辅助成形为主，受超声功率的限制，在大尺寸零件成形过程的应用效果不佳。随着伺服控制技术和先进激振技术发展，工业中采用低频振动辅助塑性成形的工艺逐渐增多，蕴藏更大激振能量的低频振动辅助塑性成形技术具有更好的应用前景。将振动与常规塑性成形技术相结合，开发塑性成形技术新原理、新工艺、新装备，应用于棒管料拉拔、板材拉深、长轴/薄壁零件挤压、齿形零件滚轧等金属塑性成形领域，对于解决航空航天、汽车制造等行业典型零部件冷成形材料变形抗力大、摩擦力大、表面质量差等难题具有重要的现实意义。
以下是正文：
