基于渐进成形数控技术的方形盒成形工艺

3 直壁方形盒成形工具路径设计

　　由于金属板料数控渐进成形工艺的变形原理与剪切旋压类似，其板料变形区厚度t与板料初始厚度t0的关系符合正弦定律，即t=t₀sinθ(图2)。根据正弦定律，口接近于零时，板料成形部分的厚度接近于零。根据式(3)，θ接近于零时，ξ 接近于无穷大。因此，数控渐进成形工艺难以一次成形直壁件。

　　由于数控渐进成形工艺难以一次成形直壁方形盒，所以，为了成形直壁方形盒，采用逐次逼近的方法，通过多次成形，逐渐由方锥形盒加工成直壁方形盒，从而满足设计要求，即，首先通过一次工具路径，把板料成形为方锥形盒，然后，通过多次工具路径，把方锥形盒成形为直壁方形盒。为此，设计了如图3所示的工具路径。

4 实验

　　4.1 实验条件

　　实验装置主要由成形工具、支撑模型、托板、压板、成形机等组成。成形工具为半球头工具头，球头直径10 mm，由工具钢制成，头部进行研磨和抛光。成形工具固定在板料数控渐进成形机的工具卡盘里。板料为LYl2硬铝板，厚度为1 mm，边长为330 mn的正方形。待成形的直壁方形盒边长为10 mm，高度为50 mm。成形工具和板料的被加工面用润滑油润滑。

　　根据直壁方形盒形状，由设计的工艺方案，通过UG等建造不同的模型，生成加工轨迹不同的G代码。

　　4.2 实验及结果

　　根据设计的工艺方案及生成的G代码，进行直壁方形盒成形，具体步骤如下：(1)按照图3a设计的工具路径，取下降量P=0.25 mm，用数控渐进成形方法加工出θ=45°的方锥形壳，作为进一步加工的毛坯。(2)按照图3b设计的工具路径，取下降量p=0.25 mm，加工出直壁高度为P的锥形盒。(3)按照图3c，经过多次成形，最后，加工出直壁方形盒。各步的成形结果表示在图4中，图4a表示加工完的方锥形盒，图4b为直壁方形盒加工过程中的照片，图4c为加工完的直壁方形盒照片。测量结果发现，板料变形部分厚度比较均匀，符合正弦定律。同时发现，成形取决于第1步方锥形盒的成形半顶角和圆角半径。

图3 直壁方形盒成形工具路径图
 
图4直壁方形盒数控渐进成形照片