一家专注流体压力成形技术
【作 者】吴琦;孔建非;喻家俊;王会廷
板料数控渐进成形技术[1]是一种新兴的柔性无模成形技术。与传统板料成形技术相比，渐进成形技术引入了快速原型制造技术中的分层制造思想，在不使用模具的情况下将板料进行三维成形，能充分发挥板料的成形性能，降低模具制造费用，缩短产品开发周期，尤其在小批量生产中有巨大优势。因此，渐进成形技术在航空领域、交通运载、能源装备和医疗等领域有广泛应用[2]。在渐进成形中，数控程序控制工具头进行分层逐点成形，依靠累积的变形来获得零件的最终形状。其中壁厚不均匀和表面质量差是成形件的重要缺陷，主要原因在于渐进成形过程中，零件壁厚变化不均匀，存在回弹变形和减薄带等问题[3]，且工具头和板料接触发生相对摩擦，对板料表面质量造成损坏。
渐进成形的壁厚均匀性和表面质量问题已引起国内外学者关注，主要集中于工艺参数对其的影响。宋修成等[4]就预设残余波峰高度和不同工具头对应的摩擦状态对板料表面质量进行了研究，并针对AA1010板料获得最佳的预设残余波峰高度和摩擦状态组合；孙皓亮等[5]研究了成形中的润滑方法、工具头形状、工具头直径、进给量等参数对试件表面粗糙度的影响，结果表明优化工艺参数可改善渐成形件的表面质量，但改善效果有限；陈继平等[6]通过对比分析锥形件在不同加工条件下的实测壁厚与正弦理论预测值，发现渐进成形锥形件的壁厚会经历壁厚减薄、壁厚回升和壁厚稳定三个阶段；贾俐俐等[7]利用覆层渐进成形技术使工具头不与目标板料接触，有效改善了目标板的表面质量；Silva等[8]研究拼焊板的渐件成形工艺时，使用辅助板保护焊缝不受成形工具头的影响，拼焊板的成形性能虽有轻微下降但表面质量良好。成形件的表面质量和壁厚均匀性是衡量成形件能否使用的重要标准，双层板渐进成形虽已实际应用，但目前对双层板渐进成形还缺乏系统研究。鉴于此，文中以圆锥件为例，提出双层板渐进成形方法，分析辅助板对成形件表面粗糙度和壁厚均匀性的影响，并将成形件的壁厚与正弦定律的预测值进行对比，验证双层板渐进成形方法的成形效果，以期加工出高质量的成形件。
【结 论】
对5052铝合金锥形件进行单层板与双层板渐进成形实验，研究双层板渐进成形过程中辅助板厚度对成形件表面质量和壁厚均匀性的影响，得到如下主要结论。
1) 与单层板渐进成形方法相比，双层板渐进成形方法得到的成形件表面质量较好。辅助板厚度为0.4 mm且目标板厚度≥0.6 mm的条件下，双层板渐进成形件的表面粗糙度比单层板渐进成形件低，且随着目标板厚度增加逐渐降低。
2) 辅助板厚度对成形件表面粗糙度影响很大。目标板厚度为0.4 mm、辅助板厚度为0.2，0.4，0.6 mm时，随着辅助板厚度的增加，成形件表面粗糙度逐渐降低。
3) 辅助板厚度对成形件壁厚均匀性有一定的影响，单层板与双层板渐进成形件的壁厚均低于正弦定律理论值，且双层板渐进成形件壁厚更接近正弦理论值，成形件壁厚均匀性好；与0.2，0.6 mm厚辅助板相比，0.4 mm厚辅助板的成形件“最小厚度”较大，壁厚均匀性较好。实际生产中选择合适的辅助板厚度可改善成形件的壁厚均匀性。
以下为正文：
