2024铝合金钣金零件单点双道次渐进成形表面质量控制

文/李斌，白晶斐，何正琛，黄瑞凌，门正兴·成都航空职业技术学院

单点渐进成形工艺是一种新兴板料柔性快速成形技术，与传统板料成形工艺相比，单点渐进成形工艺不需要模具或者仅需要部分简单支撑模具，便可以根据预先设计的加工轨迹程序成形出相应零件。由于单点渐进成形工艺也是利用“分层制造”思维，将复杂三维零件转化为二维刀路信息最终成形零件，因此单点渐进成形工艺也可以成为增材制造技术的一种。

模具设计

2024铝合金零件单点渐进成形采用设备为VC80立式加工中心，如图1所示，机床使用FANUC 0imf Plus数控系统，定位精度0.008mm，重复定位精度0.005mm，设备行程750mm×400mm，最高转速8000r/min。有模单点渐进成形装置如图2所示，用压板固定在加工中心工作台上。单点多道次渐进成形装置结构示意图如图3所示，由压头、成形板料、托板、导柱、压板、支撑模、底板组成。

图1 VC80立式加工中心

图2 有模单点成形装置

图3 有模单点成形装置结构示意图

钣金零件成形试验

采用2024铝合金进行单点渐进成形试验，试验用异形盖状钣金零件如图4所示，零件最大直径100mm，板料最大厚度1.2mm，如果采用冷冲成形，工艺复杂，而且对设备要求较高。有模单点成形用到的支撑模如图5所示，该模具用45钢数控加工成形；有模单点成形压头成形道次刀路采用UG软件生成NC代码，如图6所示。

图4 异形盖状钣金零件示意图

图5 支撑模

图6 压头运动轨迹

成形步距对成形质量影响

2024铝合金板料尺寸为250mm×250mm，选择双道次成形步距为0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm，成形其他参数包括：主轴转速500r/min，进给速度8000mm/min，润滑方式选择润滑脂，成形工具头选择R6mm的半球形工具头。具体参数见表1。

表1 不同成形步距成形结果

试验表明：在其他试验参数不变的情况下，成形步距越小，成形零件所耗费的时间越多，零件的表面越光滑，步距为0.4mm和0.2mm的成形效果如图7所示。但是随着步距减小，零件表面质量并不能进一步提高。

图7 不同步距成形效果

主轴转速对成形质量的影响

主轴转速分别采用500r/min和1000r/min，进给速度选择8000mm/min，使用同样润滑脂，成形工具头为R6mm的圆形工具头，主轴转速、步距参数见表2。

表2 不同主轴转速成形结果

试验表明：进给速度不变的情况下，主轴转速越高，成形零件的表面越光滑。步距0.4mm，主轴转速为500r/min和1000r/min的成形效果如图8所示，在其他成形参数不变的情况下，主轴转速越高，零件表面质量越好。主轴转速提高，表面质量会提高，主要是由于进给速度一定时，工具头转速越高，工具头对板料的碾压即抛光作用越充分，表面微观沟槽就越浅，宏观上表现为表面越光滑。

图8 步距0.4mm，不同主轴转速成形效果

双道次不同成形步距对成形质量影响

各道次不同步距成形结果见表3，不同步距成形效果如图9所示。试验表明：在试验范围内所有零件均成形，未发现明显缺陷，随着步距增大，零件的成形时间大幅减少；而零件最终表面质量主要与第二道次成形步距相关，步距越小零件表面质量越好。因此，为兼顾成形时间及最终零件表面质量，在实际生产中可以优先大步距进行第一道次成形，小步距进行第二道次成形。

表3 各道次不同步距成形结果

图9 不同步距成形效果

根据以上试验结果，确定该异形盖状钣金零件最终成形参数为：主轴转速为1000r/min，步距为0.4mm→0.1mm，润滑剂为润滑脂，成形工具头选择R6mm的圆形工具头，最终零件成形时间为18分02秒。将成形零件与板料大部分连接部分去除后，把零件送到钳工进行最后的去毛刺处理，最终成形零件的试样如图10所示。

图10 钣金零件最终成形

结 束 语

⑴试验条件下，复杂零件双道次单点成形过程中，步距减小，零件表面质量提高，但当步距小于0.2mm时，零件有开裂风险。

⑵复杂零件双道次单点成形过程中，主轴转速提高能够提高零件表面质量。

⑶零件双道次单点成形过程中，为兼顾成形时间及最终零件表面质量，在实际生产中可以优先采用大步距进行第一道次成形，小步距进行第二道次成形的策略。