2024鋁合金鈑金零件單點(diǎn)雙道次漸進(jìn)成形表面質(zhì)量控制

文/李斌，白晶斐，何正琛，黃瑞凌，門正興·成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院

單點(diǎn)漸進(jìn)成形工藝是一種新興板料柔性快速成形技術(shù)，與傳統(tǒng)板料成形工藝相比，單點(diǎn)漸進(jìn)成形工藝不需要模具或者僅需要部分簡單支撐模具，便可以根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的加工軌跡程序成形出相應(yīng)零件。由于單點(diǎn)漸進(jìn)成形工藝也是利用“分層制造”思維，將復(fù)雜三維零件轉(zhuǎn)化為二維刀路信息最終成形零件，因此單點(diǎn)漸進(jìn)成形工藝也可以成為增材制造技術(shù)的一種。

模具設(shè)計(jì)

2024鋁合金零件單點(diǎn)漸進(jìn)成形采用設(shè)備為VC80立式加工中心，如圖1所示，機(jī)床使用FANUC 0imf Plus數(shù)控系統(tǒng)，定位精度0.008mm，重復(fù)定位精度0.005mm，設(shè)備行程750mm×400mm，最高轉(zhuǎn)速8000r/min。有模單點(diǎn)漸進(jìn)成形裝置如圖2所示，用壓板固定在加工中心工作臺(tái)上。單點(diǎn)多道次漸進(jìn)成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，由壓頭、成形板料、托板、導(dǎo)柱、壓板、支撐模、底板組成。

圖1 VC80立式加工中心

圖2 有模單點(diǎn)成形裝置

圖3 有模單點(diǎn)成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖

鈑金零件成形試驗(yàn)

采用2024鋁合金進(jìn)行單點(diǎn)漸進(jìn)成形試驗(yàn)，試驗(yàn)用異形蓋狀鈑金零件如圖4所示，零件最大直徑100mm，板料最大厚度1.2mm，如果采用冷沖成形，工藝復(fù)雜，而且對(duì)設(shè)備要求較高。有模單點(diǎn)成形用到的支撐模如圖5所示，該模具用45鋼數(shù)控加工成形；有模單點(diǎn)成形壓頭成形道次刀路采用UG軟件生成NC代碼，如圖6所示。

圖4 異形蓋狀鈑金零件示意圖

圖5 支撐模

圖6 壓頭運(yùn)動(dòng)軌跡

成形步距對(duì)成形質(zhì)量影響

2024鋁合金板料尺寸為250mm×250mm，選擇雙道次成形步距為0.4mm、0.3mm、0.2mm、0.1mm，成形其他參數(shù)包括：主軸轉(zhuǎn)速500r/min，進(jìn)給速度8000mm/min，潤滑方式選擇潤滑脂，成形工具頭選擇R6mm的半球形工具頭。具體參數(shù)見表1。

表1 不同成形步距成形結(jié)果

試驗(yàn)表明：在其他試驗(yàn)參數(shù)不變的情況下，成形步距越小，成形零件所耗費(fèi)的時(shí)間越多，零件的表面越光滑，步距為0.4mm和0.2mm的成形效果如圖7所示。但是隨著步距減小，零件表面質(zhì)量并不能進(jìn)一步提高。

圖7 不同步距成形效果

主軸轉(zhuǎn)速對(duì)成形質(zhì)量的影響

主軸轉(zhuǎn)速分別采用500r/min和1000r/min，進(jìn)給速度選擇8000mm/min，使用同樣潤滑脂，成形工具頭為R6mm的圓形工具頭，主軸轉(zhuǎn)速、步距參數(shù)見表2。

表2 不同主軸轉(zhuǎn)速成形結(jié)果

試驗(yàn)表明：進(jìn)給速度不變的情況下，主軸轉(zhuǎn)速越高，成形零件的表面越光滑。步距0.4mm，主軸轉(zhuǎn)速為500r/min和1000r/min的成形效果如圖8所示，在其他成形參數(shù)不變的情況下，主軸轉(zhuǎn)速越高，零件表面質(zhì)量越好。主軸轉(zhuǎn)速提高，表面質(zhì)量會(huì)提高，主要是由于進(jìn)給速度一定時(shí)，工具頭轉(zhuǎn)速越高，工具頭對(duì)板料的碾壓即拋光作用越充分，表面微觀溝槽就越淺，宏觀上表現(xiàn)為表面越光滑。

圖8 步距0.4mm，不同主軸轉(zhuǎn)速成形效果

雙道次不同成形步距對(duì)成形質(zhì)量影響

各道次不同步距成形結(jié)果見表3，不同步距成形效果如圖9所示。試驗(yàn)表明：在試驗(yàn)范圍內(nèi)所有零件均成形，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，隨著步距增大，零件的成形時(shí)間大幅減少；而零件最終表面質(zhì)量主要與第二道次成形步距相關(guān)，步距越小零件表面質(zhì)量越好。因此，為兼顧成形時(shí)間及最終零件表面質(zhì)量，在實(shí)際生產(chǎn)中可以優(yōu)先大步距進(jìn)行第一道次成形，小步距進(jìn)行第二道次成形。

表3 各道次不同步距成形結(jié)果

圖9 不同步距成形效果

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，確定該異形蓋狀鈑金零件最終成形參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速為1000r/min，步距為0.4mm→0.1mm，潤滑劑為潤滑脂，成形工具頭選擇R6mm的圓形工具頭，最終零件成形時(shí)間為18分02秒。將成形零件與板料大部分連接部分去除后，把零件送到鉗工進(jìn)行最后的去毛刺處理，最終成形零件的試樣如圖10所示。

圖10 鈑金零件最終成形

結(jié) 束 語

⑴試驗(yàn)條件下，復(fù)雜零件雙道次單點(diǎn)成形過程中，步距減小，零件表面質(zhì)量提高，但當(dāng)步距小于0.2mm時(shí)，零件有開裂風(fēng)險(xiǎn)。

⑵復(fù)雜零件雙道次單點(diǎn)成形過程中，主軸轉(zhuǎn)速提高能夠提高零件表面質(zhì)量。

⑶零件雙道次單點(diǎn)成形過程中，為兼顧成形時(shí)間及最終零件表面質(zhì)量，在實(shí)際生產(chǎn)中可以優(yōu)先采用大步距進(jìn)行第一道次成形，小步距進(jìn)行第二道次成形的策略。