文/李斌，白晶斐，何正琛，黃瑞凌，門正興·成都航空職業(yè)技術學院

單點漸進成形工藝是一種新興板料柔性快速成形技術，與傳統(tǒng)板料成形工藝相比，單點漸進成形工藝不需要模具或者僅需要部分簡單支撐模具，便可以根據預先設計的加工軌跡程序成形出相應零件。由于單點漸進成形工藝也是利用“分層制造”思維，將復雜三維零件轉化為二維刀路信息最終成形零件，因此單點漸進成形工藝也可以成為增材制造技術的一種。

模具設計

2024鋁合金零件單點漸進成形采用設備為VC80立式加工中心，如圖1所示，機床使用FANUC 0imf Plus數控系統(tǒng)，定位精度0.008mm，重復定位精度0.005mm，設備行程750mm×400mm，最高轉速8000r/min。有模單點漸進成形裝置如圖2所示，用壓板固定在加工中心工作臺上。單點多道次漸進成形裝置結構示意圖如圖3所示，由壓頭、成形板料、托板、導柱、壓板、支撐模、底板組成。

圖1 VC80立式加工中心

圖2 有模單點成形裝置

圖3 有模單點成形裝置結構示意圖

鈑金零件成形試驗

采用2024鋁合金進行單點漸進成形試驗，試驗用異形蓋狀鈑金零件如圖4所示，零件最大直徑100mm，板料最大厚度1.2mm，如果采用冷沖成形，工藝復雜，而且對設備要求較高。有模單點成形用到的支撐模如圖5所示，該模具用45鋼數控加工成形；有模單點成形壓頭成形道次刀路采用UG軟件生成NC代碼，如圖6所示。

圖4 異形蓋狀鈑金零件示意圖

圖5 支撐模

圖6 壓頭運動軌跡

成形步距對成形質量影響

2024鋁合金板料尺寸為250mm×250mm，選擇雙道次成形步距為0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm，成形其他參數包括：主軸轉速500r/min，進給速度8000mm/min，潤滑方式選擇潤滑脂，成形工具頭選擇R6mm的半球形工具頭。具體參數見表1。

表1 不同成形步距成形結果

試驗表明：在其他試驗參數不變的情況下，成形步距越小，成形零件所耗費的時間越多，零件的表面越光滑，步距為0.4mm和0.2mm的成形效果如圖7所示。但是隨著步距減小，零件表面質量并不能進一步提高。

圖7 不同步距成形效果

主軸轉速對成形質量的影響

主軸轉速分別采用500r/min和1000r/min，進給速度選擇8000mm/min，使用同樣潤滑脂，成形工具頭為R6mm的圓形工具頭，主軸轉速、步距參數見表2。

表2 不同主軸轉速成形結果

試驗表明：進給速度不變的情況下，主軸轉速越高，成形零件的表面越光滑。步距0.4mm，主軸轉速為500r/min和1000r/min的成形效果如圖8所示，在其他成形參數不變的情況下，主軸轉速越高，零件表面質量越好。主軸轉速提高，表面質量會提高，主要是由于進給速度一定時，工具頭轉速越高，工具頭對板料的碾壓即拋光作用越充分，表面微觀溝槽就越淺，宏觀上表現(xiàn)為表面越光滑。

圖8 步距0.4mm，不同主軸轉速成形效果

雙道次不同成形步距對成形質量影響

各道次不同步距成形結果見表3，不同步距成形效果如圖9所示。試驗表明：在試驗范圍內所有零件均成形，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，隨著步距增大，零件的成形時間大幅減少；而零件最終表面質量主要與第二道次成形步距相關，步距越小零件表面質量越好。因此，為兼顧成形時間及最終零件表面質量，在實際生產中可以優(yōu)先大步距進行第一道次成形，小步距進行第二道次成形。

表3 各道次不同步距成形結果

圖9 不同步距成形效果

根據以上試驗結果，確定該異形蓋狀鈑金零件最終成形參數為：主軸轉速為1000r/min，步距為0.4mm→0.1mm，潤滑劑為潤滑脂，成形工具頭選擇R6mm的圓形工具頭，最終零件成形時間為18分02秒。將成形零件與板料大部分連接部分去除后，把零件送到鉗工進行最后的去毛刺處理，最終成形零件的試樣如圖10所示。

圖10 鈑金零件最終成形

結 束 語

⑴試驗條件下，復雜零件雙道次單點成形過程中，步距減小，零件表面質量提高，但當步距小于0.2mm時，零件有開裂風險。

⑵復雜零件雙道次單點成形過程中，主軸轉速提高能夠提高零件表面質量。

⑶零件雙道次單點成形過程中，為兼顧成形時間及最終零件表面質量，在實際生產中可以優(yōu)先采用大步距進行第一道次成形，小步距進行第二道次成形的策略。