基于渐进成形数控技术的方形盒成形工艺

　　传统的板料零件通常通过模具的凸、凹模作用获得所需形状。因为制造模具的成本很高，这种制造方法仅仅适合于大批量生产。为了满足用户产品多样化的要求，需要开发适合于小批量产品生产的新工艺。应用简单工具的板料数控渐进成形工艺的研究日益受到极大的关注。

　　板料数控渐进成形工艺是一种柔性的成形工艺，根据板料零件的成形要求设计数控程序，通过数控机床的进给系统，成形工具按照一定的轨迹逐步地成形板料，从而得到所需零件。这种成形工艺不需要专用的模具，通过修改控制产品形状的数控程序来调节成形工具的成形轨迹。因此，成形周期短、产品变化快，非常适合于小批量、多品种和复杂的板料产品。

　　在板料零件数控渐进成形工艺中，由于成形工具球头半径远远小于板料的面积尺寸，所以板料每次产生的变形仅仅发生在成形工具球头的周围，成形工具使板料产生变薄拉深变形，导致板料厚度减薄，表面面积增大，板料靠逐次的变形累积产生整体的变形。变形区厚度变化符合正弦定律，即t=t₀sinθ，θ为板料与垂线间的夹角。当θ=0°时，变形区厚度为零，所以，数控渐进成形工艺不可能一次成形直壁零件。而盒形零件不仅是直壁零件而且还有4个转角，容易出现破裂和堆积的现象，破裂一般发生在直边上，堆积一般发生在转角部。因此，采用数控渐进成形方法，不仅要解决直壁成形问题，还要解决转角处金属堆积的问题。

　　本文介绍了金属板料数控渐进成形工艺的成形原理、变形分析及直壁方形盒成形的工艺规划、实验和主要工艺参数的影响。

1 金属板料数控渐进成形原理

　　图1是金属板料数控渐进成形原理图。首先，将被加工板料放在支撑模型上，在板料四周用压板在托板上夹紧板料，托板可以沿着导柱自由上下滑动。然后将该装置固定在三轴联动的数控无模成形机上。加工时，成形工具对板料压下设定的压下量，并且沿设计的工具路径移动。在板料成形过程中，计算机控制成形工具在X方向的移动和z方向的下降运动。

图1数控渐进成形原理图 

　　在高度相同的每一层中，成形工具在Z—Y平面作轮廓线运动。在形成所需第1层截面轮廓后，成形工具在z轴方向下降相同的压下量，再按第2层截面轮廓轨迹运动，并且形成第2层轮廓。如此重复，直到整个工件成形完成。

2 变形分析

　　用图2所示数控板料渐进成形的平面分析模型，分析板料与成形工具接触区的变形。图中虚线部分为成形工具与板料的初始位置，实线部分为在z方向成形高度h时，成形工具的位置和板料的变形状况，A点到B点的范围定义为板料的变形区，且假定变形区内材料被均匀拉伸，则变形区长度为：

　　在板料数控渐进成形工艺中，由于成形工具球头的半径远小于板料的尺寸，所以板料每次产生的变形仅发生在成形球头的周围，靠逐次的变形累积产生整体的变形。对式(3)分析可知，口接近于零时，ξ接近于无穷大，必然大于板料的极限应变，引起板料破裂。因此，对于口接近于零的直壁方形盒，不可能一次成形。