复杂钣金零件渐进成形的方法

常建阳 王慧玲

[摘要]近年来，国内外越来越多的学者致力于金属板料单点渐进成形技术的研究。渐进成形技术是根据工件形状的几何信息，在数控设备上控制成形工具头沿特定轨迹对板料进行局部的塑性加工，使板料逐渐成形为所需工件。渐进成形不需要专用的模具，重复性好，可控制金属流动，能加工出形状复杂的工件，对于飞机等多种小批量产品、家用电器等新产品的开发以及汽车新型样车试制等具有较大的经济价值和广阔的发展前景。

[关键词]渐进成形;钣金件;数控技术

一、渐进成形分类及特点

（一）渐进成形的分类

渐进成形分为负成形与正成形。负成形可以成形一些形状比较简单的零件，它不需要支撑模型，只需要简单的夹具，板料由夹具夹紧，然后成形工具头按设定好的程序实现分层加工，每加工一层，成形工具头便下降一定距离，进行第二层的加工，如此直至结束，在加工过程中夹具夹紧板料始终不动。形状复杂的零件要用正成形的方法。在正成形方法中，需要支撑模型，支撑模型的形状要与所成形的零件的形状一致，这种支撑模型与冲压成形中的模具有很大差别，支撑模型的精度要求不是很高，并且材料的选择比较灵活。在这种成形方法中，首先加工支撑模型，支撑模型加工完毕后再放上板料，以后的加工步骤与负成形基本相同，所不同的是正成形中成形工具头每走完一层的路径，托板都要带动板料与成形工具头共同向下移动相同距离。

（二）渐进成形方法的特点

渐进成形过程中板料的成形能力有所提高，从成形极限图上可以看出，成形极限可以用max minε+ε表示，因此，渐进成形中板料可以有更大的变形量。渐进成形的缺点主要是成形效率较低，成形单个零件所需要的相对时间比较长，因此如何提高其成形效率也是其是否能够广泛应用的一个很重要的前提。

二、试验结果与讨论

（一）零件表面数据的测量

零件的表面质量采用轮廓仪进行测量，得到零件上沿一条表面曲线的轮廓数据，几种方法成形的零件成形角大时表面质量都比较高，因此选择一条零件成形角度在0^。～25^。范围内的截面线进行数据的测量。采用Motif波纹度参数衡量不同成形条件下得到的零件表面质量的优劣，Motif波纹度参数主要有轮廓总高度wt，最大深度wx，平均深度w和平均间隔Aw。

（二）成形角度对零件表面质量的影响

从成形出的零件可以明显地看出平缓曲面处与成形角度大的陡峭面处的表面质量有很大的差别。在平缓曲面处，零件表面有明显的工具头挤压痕迹，表面质量差;而在陡峭面处零件的表面质量好。为给定每层进给量的情况下成形角度变化时零件的加工轨迹，从中可以看出，随着成形角度的增加，零件表面的残余波峰高度越来越小，然而实际加工的零件表面波纹的波峰高度在平缓曲面处比理论值大得多，随着成形角度的增加，波峰高度快速减小，与理论值的差别也越来越小。

（三）每层进给量对零件表面质量的影响

当AZ为0.3mm时的波纹度值明显大于AZ为0.1mm时的情况，这说明每层进给量在平缓曲面处对零件的表面质量有较大的影响。可以通过减小每层进给量的方法提高复杂钣金零件的表面质量，但是相反的成形结果是成形时间的迅速增加，如AZ由0.3mm减小到0.1mm，成形速度相同的情况下成形时间由29.6min增加到75min。因此通过减小每层进给量增加零件表面质量与提高成形效率是相互矛盾的，在实际成形过程中要根据实际情况合理选择每层进给量的值。在成形复杂零件时，每一层零件的成形角度很多情况下是变化的。为了提高成形效率，当该层中包含很小的成形角度时，希望每层进给量越小越好，从而使零件的表面质量提高，但是在成形层中零件成形角度都比较大的情况下可以增大每层进给量从而缩短成形时间。方案4即是根据每层零件成形角度的变化设置不同的每层进给量，在平缓曲面处的每层进给量设为0.02 mm。采用方案4成形的零件表面Motif波纹度参数值远小于每层进给量0.1mm时的参数值，成形时间相比却增加到160 min，但是相比于设定单一的每层进给量0.02mm成形时间降低了265min。因此，在零件表面质量要求很高时可以采取此种方法，并且有必要对现在应用的加工软件进行二次开发，从而使其更符合渐进成形的实际需要，缩短刀轨的生成时间。

（四）进退刀方法对表面质量的影响

进退刀方法对零件的表面質量有影响，切削过程中最常用的是圆弧进退刀，渐进成形过程中使用圆弧进退刀时零件表面上看不出进刀的痕迹，但是在零件表面与板料接触的地方出现的圆弧进退刀痕迹，采用刀轴进退刀方法可以避免上述现象，但是会在加工出的零件表面上留下一些小凹坑，此种进退刀方法加工出的零件总体效果要好于圆弧进退刀。当要求零件表面不允许有进刀痕迹而仅需要已加工表面部分时，可以采用圆弧进退刀方法

结语

（1）渐进成形正成形方法可以成形形状复杂的钣金零件，成形只需要简单的支撑模型，成形出的零件精度较高，表面质量较好，对于小批量零件花费时间少，节省资金，可以满足产品不断创新设计、多品种、小批量的要求。

（2）UG软件可以生成用于渐进成形的三轴加工代码，不能完全符合渐进成形正成形过程的要求，必须通过转换程序对UG软件产生的加工代码进行转换，使托板带动板料实现随着加工工具逐层下降的功能。

（3）渐进成形正成形中定位精度非常重要，如果定位精度误差达到一定程度，就会导致板料的贴模性不好，从而严重影响成形的质量，甚至不能够成功成形零件。