復(fù)雜鈑金零件漸進(jìn)成形的方法

常建陽(yáng) 王慧玲

[摘要]近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的學(xué)者致力于金屬板料單點(diǎn)漸進(jìn)成形技術(shù)的研究。漸進(jìn)成形技術(shù)是根據(jù)工件形狀的幾何信息，在數(shù)控設(shè)備上控制成形工具頭沿特定軌跡對(duì)板料進(jìn)行局部的塑性加工，使板料逐漸成形為所需工件。漸進(jìn)成形不需要專用的模具，重復(fù)性好，可控制金屬流動(dòng)，能加工出形狀復(fù)雜的工件，對(duì)于飛機(jī)等多種小批量產(chǎn)品、家用電器等新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)以及汽車新型樣車試制等具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。

[關(guān)鍵詞]漸進(jìn)成形;鈑金件;數(shù)控技術(shù)

一、漸進(jìn)成形分類及特點(diǎn)

（一）漸進(jìn)成形的分類

漸進(jìn)成形分為負(fù)成形與正成形。負(fù)成形可以成形一些形狀比較簡(jiǎn)單的零件，它不需要支撐模型，只需要簡(jiǎn)單的夾具，板料由夾具夾緊，然后成形工具頭按設(shè)定好的程序?qū)崿F(xiàn)分層加工，每加工一層，成形工具頭便下降一定距離，進(jìn)行第二層的加工，如此直至結(jié)束，在加工過(guò)程中夾具夾緊板料始終不動(dòng)。形狀復(fù)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(fù)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(dòng)板料與成形工具頭共同向下移動(dòng)相同距離。

（二）漸進(jìn)成形方法的特點(diǎn)

漸進(jìn)成形過(guò)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(jìn)成形中板料可以有更大的變形量。漸進(jìn)成形的缺點(diǎn)主要是成形效率較低，成形單個(gè)零件所需要的相對(duì)時(shí)間比較長(zhǎng)，因此如何提高其成形效率也是其是否能夠廣泛應(yīng)用的一個(gè)很重要的前提。

二、試驗(yàn)結(jié)果與討論

（一）零件表面數(shù)據(jù)的測(cè)量

零件的表面質(zhì)量采用輪廓儀進(jìn)行測(cè)量，得到零件上沿一條表面曲線的輪廓數(shù)據(jù)，幾種方法成形的零件成形角大時(shí)表面質(zhì)量都比較高，因此選擇一條零件成形角度在0^。～25^。范圍內(nèi)的截面線進(jìn)行數(shù)據(jù)的測(cè)量。采用Motif波紋度參數(shù)衡量不同成形條件下得到的零件表面質(zhì)量的優(yōu)劣，Motif波紋度參數(shù)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(duì)零件表面質(zhì)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(zhì)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(zhì)量差;而在陡峭面處零件的表面質(zhì)量好。為給定每層進(jìn)給量的情況下成形角度變化時(shí)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(lái)越小，然而實(shí)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(lái)越小。

（三）每層進(jìn)給量對(duì)零件表面質(zhì)量的影響

當(dāng)AZ為0.3mm時(shí)的波紋度值明顯大于AZ為0.1mm時(shí)的情況，這說(shuō)明每層進(jìn)給量在平緩曲面處對(duì)零件的表面質(zhì)量有較大的影響。可以通過(guò)減小每層進(jìn)給量的方法提高復(fù)雜鈑金零件的表面質(zhì)量，但是相反的成形結(jié)果是成形時(shí)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(shí)間由29.6min增加到75min。因此通過(guò)減小每層進(jìn)給量增加零件表面質(zhì)量與提高成形效率是相互矛盾的，在實(shí)際成形過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇每層進(jìn)給量的值。在成形復(fù)雜零件時(shí)，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(dāng)該層中包含很小的成形角度時(shí)，希望每層進(jìn)給量越小越好，從而使零件的表面質(zhì)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(jìn)給量從而縮短成形時(shí)間。方案4即是根據(jù)每層零件成形角度的變化設(shè)置不同的每層進(jìn)給量，在平緩曲面處的每層進(jìn)給量設(shè)為0.02 mm。采用方案4成形的零件表面Motif波紋度參數(shù)值遠(yuǎn)小于每層進(jìn)給量0.1mm時(shí)的參數(shù)值，成形時(shí)間相比卻增加到160 min，但是相比于設(shè)定單一的每層進(jìn)給量0.02mm成形時(shí)間降低了265min。因此，在零件表面質(zhì)量要求很高時(shí)可以采取此種方法，并且有必要對(duì)現(xiàn)在應(yīng)用的加工軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，從而使其更符合漸進(jìn)成形的實(shí)際需要，縮短刀軌的生成時(shí)間。

（四）進(jìn)退刀方法對(duì)表面質(zhì)量的影響

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

結(jié)語(yǔ)

（1）漸進(jìn)成形正成形方法可以成形形狀復(fù)雜的鈑金零件，成形只需要簡(jiǎn)單的支撐模型，成形出的零件精度較高，表面質(zhì)量較好，對(duì)于小批量零件花費(fèi)時(shí)間少，節(jié)省資金，可以滿足產(chǎn)品不斷創(chuàng)新設(shè)計(jì)、多品種、小批量的要求。

（2）UG軟件可以生成用于漸進(jìn)成形的三軸加工代碼，不能完全符合漸進(jìn)成形正成形過(guò)程的要求，必須通過(guò)轉(zhuǎn)換程序?qū)G軟件產(chǎn)生的加工代碼進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使托板帶動(dòng)板料實(shí)現(xiàn)隨著加工工具逐層下降的功能。

（3）漸進(jìn)成形正成形中定位精度非常重要，如果定位精度誤差達(dá)到一定程度，就會(huì)導(dǎo)致板料的貼模性不好，從而嚴(yán)重影響成形的質(zhì)量，甚至不能夠成功成形零件。