復雜鈑金零件漸進成形的方法

常建陽 王慧玲

[摘要]近年來，國內外越來越多的學者致力于金屬板料單點漸進成形技術的研究。漸進成形技術是根據工件形狀的幾何信息，在數控設備上控制成形工具頭沿特定軌跡對板料進行局部的塑性加工，使板料逐漸成形為所需工件。漸進成形不需要專用的模具，重復性好，可控制金屬流動，能加工出形狀復雜的工件，對于飛機等多種小批量產品、家用電器等新產品的開發以及汽車新型樣車試制等具有較大的經濟價值和廣闊的發展前景。

[關鍵詞]漸進成形;鈑金件;數控技術

一、漸進成形分類及特點

（一）漸進成形的分類

漸進成形分為負成形與正成形。負成形可以成形一些形狀比較簡單的零件，它不需要支撐模型，只需要簡單的夾具，板料由夾具夾緊，然后成形工具頭按設定好的程序實現分層加工，每加工一層，成形工具頭便下降一定距離，進行第二層的加工，如此直至結束，在加工過程中夾具夾緊板料始終不動。形狀復雜的零件要用正成形的方法。在正成形方法中，需要支撐模型，支撐模型的形狀要與所成形的零件的形狀一致，這種支撐模型與沖壓成形中的模具有很大差別，支撐模型的精度要求不是很高，并且材料的選擇比較靈活。在這種成形方法中，首先加工支撐模型，支撐模型加工完畢后再放上板料，以后的加工步驟與負成形基本相同，所不同的是正成形中成形工具頭每走完一層的路徑，托板都要帶動板料與成形工具頭共同向下移動相同距離。

（二）漸進成形方法的特點

漸進成形過程中板料的成形能力有所提高，從成形極限圖上可以看出，成形極限可以用max minε+ε表示，因此，漸進成形中板料可以有更大的變形量。漸進成形的缺點主要是成形效率較低，成形單個零件所需要的相對時間比較長，因此如何提高其成形效率也是其是否能夠廣泛應用的一個很重要的前提。

二、試驗結果與討論

（一）零件表面數據的測量

零件的表面質量采用輪廓儀進行測量，得到零件上沿一條表面曲線的輪廓數據，幾種方法成形的零件成形角大時表面質量都比較高，因此選擇一條零件成形角度在0^。～25^。范圍內的截面線進行數據的測量。采用Motif波紋度參數衡量不同成形條件下得到的零件表面質量的優劣，Motif波紋度參數主要有輪廓總高度wt，最大深度wx，平均深度w和平均間隔Aw。

（二）成形角度對零件表面質量的影響

從成形出的零件可以明顯地看出平緩曲面處與成形角度大的陡峭面處的表面質量有很大的差別。在平緩曲面處，零件表面有明顯的工具頭擠壓痕跡，表面質量差;而在陡峭面處零件的表面質量好。為給定每層進給量的情況下成形角度變化時零件的加工軌跡，從中可以看出，隨著成形角度的增加，零件表面的殘余波峰高度越來越小，然而實際加工的零件表面波紋的波峰高度在平緩曲面處比理論值大得多，隨著成形角度的增加，波峰高度快速減小，與理論值的差別也越來越小。

（三）每層進給量對零件表面質量的影響

當AZ為0.3mm時的波紋度值明顯大于AZ為0.1mm時的情況，這說明每層進給量在平緩曲面處對零件的表面質量有較大的影響。可以通過減小每層進給量的方法提高復雜鈑金零件的表面質量，但是相反的成形結果是成形時間的迅速增加，如AZ由0.3mm減小到0.1mm，成形速度相同的情況下成形時間由29.6min增加到75min。因此通過減小每層進給量增加零件表面質量與提高成形效率是相互矛盾的，在實際成形過程中要根據實際情況合理選擇每層進給量的值。在成形復雜零件時，每一層零件的成形角度很多情況下是變化的。為了提高成形效率，當該層中包含很小的成形角度時，希望每層進給量越小越好，從而使零件的表面質量提高，但是在成形層中零件成形角度都比較大的情況下可以增大每層進給量從而縮短成形時間。方案4即是根據每層零件成形角度的變化設置不同的每層進給量，在平緩曲面處的每層進給量設為0.02 mm。采用方案4成形的零件表面Motif波紋度參數值遠小于每層進給量0.1mm時的參數值，成形時間相比卻增加到160 min，但是相比于設定單一的每層進給量0.02mm成形時間降低了265min。因此，在零件表面質量要求很高時可以采取此種方法，并且有必要對現在應用的加工軟件進行二次開發，從而使其更符合漸進成形的實際需要，縮短刀軌的生成時間。

（四）進退刀方法對表面質量的影響

進退刀方法對零件的表面質量有影響，切削過程中最常用的是圓弧進退刀，漸進成形過程中使用圓弧進退刀時零件表面上看不出進刀的痕跡，但是在零件表面與板料接觸的地方出現的圓弧進退刀痕跡，采用刀軸進退刀方法可以避免上述現象，但是會在加工出的零件表面上留下一些小凹坑，此種進退刀方法加工出的零件總體效果要好于圓弧進退刀。當要求零件表面不允許有進刀痕跡而僅需要已加工表面部分時，可以采用圓弧進退刀方法

結語

（1）漸進成形正成形方法可以成形形狀復雜的鈑金零件，成形只需要簡單的支撐模型，成形出的零件精度較高，表面質量較好，對于小批量零件花費時間少，節省資金，可以滿足產品不斷創新設計、多品種、小批量的要求。

（2）UG軟件可以生成用于漸進成形的三軸加工代碼，不能完全符合漸進成形正成形過程的要求，必須通過轉換程序對UG軟件產生的加工代碼進行轉換，使托板帶動板料實現隨著加工工具逐層下降的功能。

（3）漸進成形正成形中定位精度非常重要，如果定位精度誤差達到一定程度，就會導致板料的貼模性不好，從而嚴重影響成形的質量，甚至不能夠成功成形零件。