2.3 柔性板材渐进成形工艺参数

渐进成形后零件的表面形貌、几何精度等性能受工艺参数影响较大，应根据实际情况选择最佳的工艺参数组合。渐进成形技术在小批量、个性化的复杂钣金零件中拥有广泛的应用前景，但是，渐进成形工艺在实际应用中仍面临许多问题，例如，现有渐进成形技术在成形几何精度、表面质量方面存在不足，以及在成形复杂形状时会出现厚度分布不均匀甚至褶皱或破裂等问题，这些始终制约着此项技术工业化大范围应用。为了解决上述问题，首先要了解渐进成形各工艺参数对成形件质量的影响，从而在工艺上提高几何精度、表面质量或者解决褶皱、破裂等问题。渐进成形常用的工艺参数有轴向步距（进给量，Δz），成形工具头大小（直径D、半径r），工具头转速（n），进给速度（f），板材厚度（t），接触与润滑条件等。渐进成形中，板材变形过程以及各关键工艺参数见前文中图2-1a所示。整个加工过程需要专用的夹持装置对板材边缘进行固定，成形工具头沿设定好的加工轨迹对板材进行逐层加工，直至成形为目标形状。

轴向进给量是指成形轨迹相邻两层之间的轴向间距，也称之为步距或者层间距。渐进成形借鉴了快速成形技术中“分层制造”的思想，将复杂的三维模型沿高度方向离散为一系列二维轨迹，成形时，成形工具沿每层二维轨迹运动，逐层形成所需零件的三维包络面，从而实现板材的连续局部塑性变形。成形工具头的影响包括其几何形状和尺寸大小两个方面。渐进成形所使用的成形工具的头部有多种形状，包括半球形、平头形、三角形和抛物线形等，如图2-4所示，其中最常用是半球形工具头。成形工具头的大小可定义为其球头直径，常用工具头直径范围为5～30mm。成形时，通过刀柄将工具头固定在渐进成形机床主轴上，因此主轴转速即为工具头转速，可以根据成形工艺设置合理转速或者禁止转动。成形之前依据成形件的使用要求合理选择成形所需板材材料及厚度，然后通过专用夹具将成形板材固定在渐进成形机床工作平台上，运行机床数控程序，机床工作平台将会按照程序命令设定的速度在X、Y和Z方向以预定轨迹运动，其中机床工作平台和主轴相对于板材的运动速度称为进给速度。常规工具头和板材之间一般为滑动摩擦，随着研究的不断深入也有学者采用滚珠或转轮设计了滚动成形工具和转动成形工具，使成形工具和板材之间的接触变为在两个方向上的滚动或是一个方向上的转动。另外，为进一步减少成形工具和板材之间的摩擦力，通常在板材和成形工具之间涂有润滑层，多采用润滑油、润滑脂和固体润滑剂或者相互组合来充当润滑层。上述不同类型的接触方式以及有无润滑层和不同类型的润滑层都可称为润滑条件。