2.1 柔性板材漸進成形原理

板材漸進成形工藝作為一種新興的柔性無模板材成形技術，其成形原理基于快速成形技術的“分層制造”思想，不依賴于模具，因此可加工非旋轉體復雜曲面件。柔性板材漸進成形工藝類似于3D打印，都是將復雜的三維模型沿高度方向進行離散，分解成一系列的二維斷層面，分層進行加工，最終實現目標形狀的制造。漸進成形的另外一個特點是柔性化，成形軌跡可預先編制，可方便實現成形形狀的改變，使成形工藝更加靈活。另外，成形過程易于實現自動化甚至智能化，可有效融合在線監測技術實現成形質量的閉環控制。

單點漸進成形，即板料下沒有支撐模具的漸進成形方式，僅有一個工具頭對板材進行成形加工。單點漸進成形成本低，設計周期短，所需設備簡單。單點漸進成形原理及試樣如圖2-1所示，板材四周被壓邊圈和支撐板夾緊并被固定在專用夾具裝置上，夾具裝置固定在成形設備工作臺上，板材中部下方預留出空間以供板材變形。漸進成形前，用計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）軟件編輯成形軌跡，成形軌跡包含成形目標件的幾何信息和成形過程中的關鍵工藝參數，如步距、進給速度等。單點漸進成形時，工具頭按照預先設計的成形軌跡運動，通常是從外到內分層逐步地對板材進行塑形加工，每層加工時成形工具由邊緣向中間區域擠壓板材，直至成形結束。圖2-1中α為目標件成形角度，t₀為板材初始厚度，t為板材成形過程中某一時刻的厚度。

雙點漸進成形，即板料下有支撐的漸進成形方式，支撐可以為整體支撐、部分支撐或可移動成形工具。雙點漸進成形與單點漸進成形對比如圖2-2所示，其與單點成形方式的不同點在于成形過程中板材兩面同時被約束，成形工具通常是從支撐區域沿等高線由高到低加工。另外，雙點漸進成形時板材四周被可以上下移動的托盤夾緊，成形時，托盤可同步下降以保證板材四周低于成形工具頭并始終提供向下拉伸力，這有助于提高材料的成形性能。托盤的下降一般采用氣動控制，需根據材料和工藝需求設置合理的壓力值。雙點漸進成形的成形精度較單點漸進成形高，成形極限也得到了提高，但是準備周期稍長，對設備要求較高，需要具備可帶動板材上下移動的夾緊機構。

圖2-1 單點漸進成形原理及試樣

a）單點漸進成形原理示意圖 b）漸進成形加工的圓錐件

圖2-2 雙點漸進成形與單點漸進成形對比

a）單點漸進成形原理示意圖 b）雙點漸進成形原理示意圖