2.3 柔性板材漸進成形工藝參數

漸進成形后零件的表面形貌、幾何精度等性能受工藝參數影響較大，應根據實際情況選擇最佳的工藝參數組合。漸進成形技術在小批量、個性化的復雜鈑金零件中擁有廣泛的應用前景，但是，漸進成形工藝在實際應用中仍面臨許多問題，例如，現有漸進成形技術在成形幾何精度、表面質量方面存在不足，以及在成形復雜形狀時會出現厚度分布不均勻甚至褶皺或破裂等問題，這些始終制約著此項技術工業化大范圍應用。為了解決上述問題，首先要了解漸進成形各工藝參數對成形件質量的影響，從而在工藝上提高幾何精度、表面質量或者解決褶皺、破裂等問題。漸進成形常用的工藝參數有軸向步距（進給量，Δz），成形工具頭大小（直徑D、半徑r），工具頭轉速（n），進給速度（f），板材厚度（t），接觸與潤滑條件等。漸進成形中，板材變形過程以及各關鍵工藝參數見前文中圖2-1a所示。整個加工過程需要專用的夾持裝置對板材邊緣進行固定，成形工具頭沿設定好的加工軌跡對板材進行逐層加工，直至成形為目標形狀。

軸向進給量是指成形軌跡相鄰兩層之間的軸向間距，也稱之為步距或者層間距。漸進成形借鑒了快速成形技術中“分層制造”的思想，將復雜的三維模型沿高度方向離散為一系列二維軌跡，成形時，成形工具沿每層二維軌跡運動，逐層形成所需零件的三維包絡面，從而實現板材的連續局部塑性變形。成形工具頭的影響包括其幾何形狀和尺寸大小兩個方面。漸進成形所使用的成形工具的頭部有多種形狀，包括半球形、平頭形、三角形和拋物線形等，如圖2-4所示，其中最常用是半球形工具頭。成形工具頭的大小可定義為其球頭直徑，常用工具頭直徑范圍為5～30mm。成形時，通過刀柄將工具頭固定在漸進成形機床主軸上，因此主軸轉速即為工具頭轉速，可以根據成形工藝設置合理轉速或者禁止轉動。成形之前依據成形件的使用要求合理選擇成形所需板材材料及厚度，然后通過專用夾具將成形板材固定在漸進成形機床工作平臺上，運行機床數控程序，機床工作平臺將會按照程序命令設定的速度在X、Y和Z方向以預定軌跡運動，其中機床工作平臺和主軸相對于板材的運動速度稱為進給速度。常規工具頭和板材之間一般為滑動摩擦，隨著研究的不斷深入也有學者采用滾珠或轉輪設計了滾動成形工具和轉動成形工具，使成形工具和板材之間的接觸變為在兩個方向上的滾動或是一個方向上的轉動。另外，為進一步減少成形工具和板材之間的摩擦力，通常在板材和成形工具之間涂有潤滑層，多采用潤滑油、潤滑脂和固體潤滑劑或者相互組合來充當潤滑層。上述不同類型的接觸方式以及有無潤滑層和不同類型的潤滑層都可稱為潤滑條件。

圖2-4 不同形狀和尺寸的成形工具