板料漸進(jìn)成形件表面質(zhì)量的影響因素分析

　　板料數(shù)控漸進(jìn)成形技術(shù)是一種柔性無(wú)模成形技術(shù)。通過(guò)采用簡(jiǎn)單形狀的工具，按照預(yù)先設(shè)定的軌跡，對(duì)板料逐步加工，以成形的累積得到的零件形狀。該方法可以節(jié)省模具制造和維護(hù)費(fèi)用，縮短生產(chǎn)周期，特別適用于小批量和單件生產(chǎn)，也可以制造形狀復(fù)雜的鈑金零件。

　　漸進(jìn)成形在20世紀(jì)60年代由LESZAK提出，但直到20世紀(jì)90年代中期以后，才引起各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。與傳統(tǒng)的板料成形工藝相比，漸進(jìn)成形在成形性、成形精度、零件減薄、軌跡優(yōu)化，成型時(shí)間和表面質(zhì)量等方面都尚存在問(wèn)題。韋紅余等利用誤差位移法對(duì)一組圓錐形成形制進(jìn)行研究，提出漸進(jìn)成形過(guò)程中金屬板料回彈和成形工具系統(tǒng)剛度是影響成形制件精度的主要因素。周六如分析了材料種類、錐角大小、板料厚度和直壁形狀特征對(duì)漸進(jìn)成形變形區(qū)厚度的影響規(guī)律，并用來(lái)指導(dǎo)復(fù)雜零件的漸進(jìn)成形。李瀧杲等采用虛擬靠模導(dǎo)向法實(shí)現(xiàn)了漸進(jìn)成形有限元模擬中復(fù)雜空間軌跡的構(gòu)建。到目前為止，對(duì)于漸進(jìn)成形件表面質(zhì)量的研究仍然較少。

　　表面質(zhì)量是評(píng)價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，不僅決定產(chǎn)品的美觀，還直接影響到產(chǎn)品的正常使用。漸進(jìn)成形作為一種局部成形方法，雖然所需的整體成形力較小，但在工具與板料接觸區(qū)域壓力很大。即使在有潤(rùn)滑的情況下也很難形成有效的流體潤(rùn)滑劑薄膜，因此處于一種邊界摩擦狀態(tài)。由于工具和板料的表面輪廓有微小的起伏，在漸進(jìn)成形中相互接觸時(shí)接觸壓力較大，強(qiáng)度較低的板料的微小波峰會(huì)首先產(chǎn)生塑性變形，在之后的相對(duì)移動(dòng)中波峰被剪切，產(chǎn)生碎屑并發(fā)生材料轉(zhuǎn)移，繼續(xù)劃傷未磨損的表面，造成連續(xù)破壞。HAMILTON等利用粗糙度值Ra、Rz和成形參數(shù)建立了表現(xiàn)橘皮效應(yīng)的等效度粗糙度的模型，發(fā)現(xiàn)該模型對(duì)零件形狀和增量步長(zhǎng)非常敏感。為解決表面質(zhì)量問(wèn)題，賈俐俐等采用涂覆層技術(shù)和雙層板避免工具與下層板的直接接觸，改善了下層板的表面質(zhì)量。HUSSAIN等研究了不同潤(rùn)滑劑在不同的潤(rùn)滑方式下漸進(jìn)成形件的表面粗糙度，并采用涂層改善潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑效果。但是這些方法都會(huì)導(dǎo)致高的制造成本，難以在生產(chǎn)中推廣使用。

　　本文擬以典型錐形零件漸進(jìn)成形為例，針對(duì)其中影響表面質(zhì)量的主要因素，分析其影響程度及影響機(jī)理，建立基本的影響規(guī)律。擬通過(guò)改善加工參數(shù)(尤其是預(yù)設(shè)殘余波峰高度)和摩擦方式，達(dá)到控制表面質(zhì)量的效果。

表面質(zhì)量影響因素分析

　　影響板料漸進(jìn)成形件表面質(zhì)量的因素可分為加工參數(shù)、材料因素和摩擦狀態(tài)。每類影響因素又包含了多個(gè)參數(shù)，而且各參數(shù)的水平也影響其他因子的作用效果。因此，擬采用全因子試驗(yàn)對(duì)各因素進(jìn)行研究。

系統(tǒng)研究各個(gè)參數(shù)對(duì)成形件表面質(zhì)量影響規(guī)律的研究，得到以下結(jié)論。

　　（1）預(yù)設(shè)的殘余波峰高度是影響漸進(jìn)成形件表面質(zhì)量的非常主要因素。對(duì)于AA1010板料，當(dāng)預(yù)設(shè)殘余波峰高度從10μm和5μm減小到1μm時(shí)，零件粗糙度分別降低了89%和82%

　?。?）原始板料粗糙度決定了預(yù)設(shè)余波峰高度的作用效果。當(dāng)原始板料的表面粗糙度與預(yù)設(shè)殘余波峰高度相近時(shí)，得到漸進(jìn)成形件的Rz可以達(dá)到或低于預(yù)設(shè)值；而當(dāng)原始板料的表面粗糙度遠(yuǎn)大于預(yù)設(shè)殘余波峰噶偶時(shí)，雖然可以改善原始表面質(zhì)量，但是得到成形件的表面Rz無(wú)法達(dá)到設(shè)定值。

　　（3）滾動(dòng)摩擦可改善犁溝效應(yīng)和研磨效應(yīng)，其作用效果取決于預(yù)設(shè)殘余波峰高度。當(dāng) 預(yù)設(shè)殘余波峰高度較小時(shí)，滑動(dòng)摩擦壓頭導(dǎo)致的研磨效應(yīng)是影響漸進(jìn)成形件表面質(zhì)量的主要因素；當(dāng)預(yù)設(shè)的殘余波峰高度值較大時(shí)，犁溝效應(yīng)是影響漸進(jìn)成形件表面質(zhì)量的主要因素。采用具有滾動(dòng)摩擦效果的壓頭可以降低犁溝效應(yīng)，改善表面質(zhì)量。

　?。?） 對(duì)確定的表面質(zhì)量要求，在實(shí)際漸進(jìn)成形時(shí)需要根據(jù)原始板料粗糙度和所需加工時(shí)間等因素統(tǒng)籌考慮。對(duì)AA1010板料，在不考慮時(shí)間成本的前提下，選用剛性頭工具，采用預(yù)設(shè)殘余波峰高度為1～3 μm的加工指令，可以獲得粗糙度與原始板料相近的零件。如果需要減少加工時(shí)間，則可選用滾動(dòng)頭工具，采用預(yù)設(shè)殘余波峰高度為10 μm的加工指令，可以獲得表面粗糙度Rz為3.67 μm的零件。