1.3 柔性板材漸進(jìn)成形技術(shù)特點(diǎn)

1.3.1 優(yōu)點(diǎn)

1.成形力較小

與傳統(tǒng)的沖壓工藝相比，漸進(jìn)成形是通過累積局部變形完成最終形狀加工的。在漸進(jìn)成形過程中的任一時(shí)刻，只有一小部分區(qū)域的板材被工具頭擠壓變形，與單位面積的厚度方向應(yīng)力大小相當(dāng)，故漸進(jìn)成形所需成形力較小。因此，在雙點(diǎn)漸進(jìn)成形中，可以使用經(jīng)濟(jì)性很高的塑料或者是木材制作模具，這也進(jìn)一步從板材厚度和材料類型方面拓寬了漸進(jìn)成形的應(yīng)用范圍。盡管漸進(jìn)成形過程中的成形力較小，但其變化趨勢(shì)可用來預(yù)測(cè)和防止板材的破裂，以及實(shí)現(xiàn)對(duì)漸進(jìn)成形過程的實(shí)時(shí)控制。

2.成形極限高

采用漸進(jìn)成形技術(shù)加工板材時(shí)，其成形極限相對(duì)于其他傳統(tǒng)成形工藝較高，如圖1-6a所示。研究表明，由于材料的變形機(jī)制不同，漸進(jìn)成形的成形極限曲線為一條負(fù)斜率的直線，且其值大大高于傳統(tǒng)的成形方式，比如沖壓和拉伸成形。圖1-6b所示為一個(gè)通過漸進(jìn)成形加工的圓錐件，高度為220mm，而頂部直徑只有6mm。在傳統(tǒng)的成形方式中，隨著拉伸的進(jìn)行，頂部通常會(huì)發(fā)生開裂，導(dǎo)致成形失敗。

3.成形模具成本低

根據(jù)成形件的目標(biāo)形狀，在漸進(jìn)成形過程中只需要部分模具甚至不需要模具就能完成加工。圖1-7所示為使用日本AMINO機(jī)床將一張薄板加工成六種不同的形狀（圓錐、方錐、五棱錐、六棱錐、八棱錐、十二棱錐），模具可以簡化為一個(gè)基板外加六個(gè)棱錐的形式，降低了模具的加工成本。模具可以由廉價(jià)的木材或者塑料制成。如果最終的形狀有連續(xù)的成形角，可以不使用模具。此外，使用一種成形工具頭通過不同的成形軌跡可以加工出不同的形狀。工具頭的結(jié)構(gòu)十分簡單，其頂部一般為半球頭形，也可以設(shè)計(jì)成其他不同形狀。另外，漸進(jìn)成形可依托傳統(tǒng)的數(shù)控銑床、車床以及多軸機(jī)器人等完成對(duì)板材的加工，改裝成本僅僅為夾具成本，這大大降低了漸進(jìn)成形的設(shè)備成本。

4.柔性高

漸進(jìn)成形工藝可以使用通用的三軸機(jī)床實(shí)現(xiàn)，大的工作面積和大的機(jī)床剛度更有利于漸進(jìn)成形的進(jìn)行。如圖1-8a所示，在漸進(jìn)成形研究的早期階段，傳統(tǒng)的漸進(jìn)成形機(jī)床是在數(shù)控銑床上增設(shè)板材夾具實(shí)現(xiàn)的。如圖1-8b所示，2002年AMINO公司開始研究專用于漸進(jìn)成形的工業(yè)機(jī)床，在該設(shè)備中配置有氣動(dòng)夾具，用于加工過程中板材的固定。工業(yè)機(jī)器人同樣可應(yīng)用于漸進(jìn)成形的加工，如圖1-8c所示。圖1-8d所示為美國西北大學(xué)自主研發(fā)的雙面漸進(jìn)成形機(jī)床。

漸進(jìn)成形不依賴特定的模具，僅僅通過軌跡的改變就能改變加工形狀，形狀多變，大大縮短了成形周期。另外，漸進(jìn)成形工藝參數(shù)包括板厚、步距、工具頭直徑和進(jìn)給速度等，可通過優(yōu)化工藝參數(shù)以獲得不同的加工效果。

1.3.2 不足

1.幾何精度有待提高

工業(yè)應(yīng)用中，對(duì)板材構(gòu)件的精度要求一般在±0.2mm以內(nèi)，而當(dāng)前漸進(jìn)成形零件的幾何誤差普遍超過該要求，這是限制其工業(yè)化廣泛應(yīng)用的決定性因素之一。其幾何誤差是由殘余應(yīng)力引起的夾具夾緊放松偏差以及材料的回彈引起的。

2.表面質(zhì)量欠佳

漸進(jìn)成形所加工零件表面包括與工具頭接觸的內(nèi)表面和外表面，其表面質(zhì)量是影響零件服役性能和外觀的關(guān)鍵因素之一。內(nèi)表面形貌由工具頭成形路徑產(chǎn)生的大尺度波紋度及由大表面應(yīng)變引起的小尺度粗糙度組成，外表面形貌度主要由大表面應(yīng)變引起，并時(shí)常產(chǎn)生橘皮效應(yīng)。表面質(zhì)量受步距、工具頭直徑和板材厚度等因素的影響。

3.單件成形時(shí)間較長

漸進(jìn)成形技術(shù)因其局部變形累加的特點(diǎn)，與其他加工方式相比，加工同一零件所需要的加工時(shí)間較長，因此需要設(shè)置合理的工藝參數(shù)以協(xié)調(diào)成形時(shí)間和成形性能，從而提高成形效率。

4.過度減薄

減薄現(xiàn)象是指在漸進(jìn)成形過程中隨著板材表面積的增大，厚度不斷減薄的現(xiàn)象，當(dāng)成形角較大（70°甚至更大）時(shí)會(huì)出現(xiàn)板材過度減薄現(xiàn)象。成形后的板材厚度是影響產(chǎn)品服役性能的重要因素之一。

上述不足為漸進(jìn)成形技術(shù)的長遠(yuǎn)發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)，這些不足也成了學(xué)者們重點(diǎn)研究的內(nèi)容。