材料渐进成形方法PPT

正 向 成 形
反 向 成 形
(2)减薄规律及成形极限 该技术是一种对板材实施渐进变薄 拉延的过程，工件成形区域的材料厚 度将会减薄，如图所示，并符合正弦 规律，即： t= t0sin 式中，t为板材成形区厚度；t0 为板材成形前的厚度；为板材成形面与垂直方向的夹角， 也称为成形半锥角。从式中可以看到，越大，t越大，因 而越不容易破裂，反之，越容易产生破裂。当达到某一临 界值时，变形区将会发生破裂，故此时值的大小可作为板 料渐进成形是否破裂的判断值，称其为成形极限半锥角
加 工 过 程
已成形零件
(4)应用领域 该技术的应用，已经由最初的汽车工业领域，扩 展到其它工业领域如医疗器具、航空航天飞行器、 电子和IC产业、废旧板材的回收利用等领域。 1)交通工具 国际市场上每年都有大批新型的交通工具问世， 必须快速、低成本和髙质量的开发出新车型。将 板材渐进成形技术用于覆盖件的制造，省去了产 品开发过程中因模具设计、制造、试验修改等复 杂过程所耗费的时间和资金，降低了新产品开发 的周期和成本。
板材渐进成形工艺路线
(2)成形设备 可应用于板材渐进成形工艺 的设备如图所示。大部分金属板 材渐进成形工艺试验是在由普通 三轴联动铣床改造且带有可自由 滑动压边圈的设备上进行的，将 铣刀换成渐进成形工具头即可加 工，但由于设备能力有限，目前 仅限于工艺试验研究。日本的 Amino公司研制了专用的数控渐 进成形设备。
(1)工作流程 金属板材渐进成形的整个工作过程如图所示，以 汽车车门的成形为例：首先采用CAD软件建立工件 的3D数字模型;根据已有的工艺知识对模型进行分 析，修改无法成形的特征，并添加必要的工艺辅 助特征，得到加工模型，同时在此基础上获取支 撑的数字模型；然后，使用CAM软件将工艺模型 根据具体的工艺需求生成合理的成形路径；接着， 将NC代码输入数控系统，控制板材渐进成形设备 加工出所需工件形状；最后，对成形件进行后续 处理，形成最终产品。
渐进成形工艺得到的各种交通工具件
2)医疗器具 由于人体颅骨形 状各不相同，在颅骨 修补术中，与患者缺 损部位形状相吻合的 修复休的快速成形， 一直是难以解决的问 题。板材渐进成形一 种可能的应用领域是 利用生物钛合金板实 施颅骨修复；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
渐进成形医疗器具件
3)其它领域 加拿大学者Jeswiet采用反向成形方式，成功的加工出了 太阳能烤箱件。南京航空航天大学的崔震则将该技术引 入到了钣金浮雕字领域。通过对废旧板材与普通板材的 成形极限进行对比，该技术巳应用于废旧板材的加工成 形，实现了废旧板材的冷再生利用。该技术还可以应用 于电子和IC产业，制作微成形件。日本学者Saotome 使 用厚度只有10m的箔材料，在不使用支撑的情况下制作 出了600m400m 100m的微型汽车模型，其尺寸大小 与蚂蚁相当。日本学者Tanaka也对渐进成形方法成形微 壳体件进行了试验研究，使用的材料板厚为10-100m， 通过改变工具头的直径和板材厚度，分析板材成形极限 的变化。
反向成形也称为单点 渐进成形（Single point incremental forming, SPIF) ，实现了真正意义 上的无模成形，压板及相 应的板材边缘固定在导柱 上不动，工具头则由边缘 向中心逐层碾压板材，直 至成形完成。韩国学者 Park指出正向成形相比于 反向成形能获得较好的的 成形质量。
随着时代发展，一方面，社会对产品个性化、多元 化的要求日益强烈，多品种、中小批量生产的比重 明显增加；另一方面，产品更新换代越来越快，激 烈的市场竞争要求新产品的研制周期越短越好。这 就要求企业不仅能快速响应市场的变化，而且能不 断地通过技术创新，推出新产品去引导市场。但传 统的冲压成形方法已经难以适应这种瞬息万变的市 场需求，而要想在竞争激烈的国际化市场中占领一 席之地，就需要探索新的金属板材成形方法及工艺， 满足小批量多品种和样品试制的需求,实现金属板材 的快速、低成本、柔性成形。
金属板料数控渐进成形技术，是一种基于计算 机技术、数控技术和塑性成形技术基础之上的先进 制造技术。由于不需要制作传统的模具，节省了大 量的资金和时间，非常适合新产品的快速开发，设 计验证和小批量多品种产品的生产，拥有广阔的应 用前景，在未来的日子必将得到迅速的发展和广泛 的应用。
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在这样一种市场需求下，及随着机械、控制等技术的 进歩发展，一系列先进的板材无模成形方法应运而生。 具有代表性的成形方法有：旋压成形技术、板材电磁 成形技术、无模多点成形技术、喷丸成形技术、激光 热应力成形技术、无模液压胀形技术、金属板材渐进 成形技术等。其中，金属板材渐进成形的设想最早出 现在1967年日本学者Leszak获得的专利中，直到1993 年，才由日本学者松原茂夫提出板材渐进成形思想并 应用于成形加工，很快引起国际塑性成形界的重视， 研究日趋白热。
金属板材渐进成形技术
讲解人：张珍
金属板材渐进成形技术产生背景
金板材渐进成形原理
金属板材渐进成形特点
金属板材渐进成形技术应用
在传统金属板材成形方法中，常规的成形方法是 冲压成形，通过借助模具或其它工具获得所需的产 品形状；与机械切削加工等方法相比，冲压成形方 法优势显著，能获得更高的成形效率、成形精度及 材料利用率、适用于大批量生产等；因而，在汽车、 航天、家电等工业领域广泛应用，如汽车零件中75% 以上为冲压件，飞机零件中50%以上为冲压件[1]。 同时，其劣势也很明显：模具设计、制造周期长， 模具材料及加工成本高，维护费用也高；往往成形 一个零件就需要多副模具，造成新产品研发周期更 长，且缺乏柔性，产品稍作修改模具就需要重新设 计更换。
（1）成形方式 根据模型渐进成形方向的不同，可以划分为正向 成形（Positive forming)和反成形（Negative forming) 正向成形也称为两点渐进成形（Two point incremental forming, TPIF) 。被加工板材放在 支撑上，板材四周用压板夹紧，该压板可以沿着 导柱自由下降，工具头沿着模型的外表面成形， 板材的边缘随着工具头的下降而下降，直至成形 过程完成。
(4)成形效率 该技术基于分层制造的思想、对板材实施局部 连续碾压变形的本质决定了其成形效率很低。德 国学者Bambach指出成形圆锥台形件（高1m底部 半径1m顶部半径2m)，在平均进给速度为500mm/s 和层间距为0.2mm的条件下，成形时间将超过24h。 针对成形效率低的问题，一般有两种解决方案： 一方面，成形吋间直接由成形路径的长度和平均 进给速度决定，可以利用路径优化策略使成形路 径的长度减少或提高进给速度；另一方面，可以 修改渐进成形设备结构，例如，使用多个工具头 并行成形单个工件，能成倍提髙成形效率。
金属板材渐进成形（Sheet Metal Incremental Forming, SMIF)的成形ISPR如图所示，其特点是通 过引入快速原型制造技术（Rapid Prototyping, RP) 的分层制造(Layered Manufacturing, LM)思想，将 复杂的三维数字模沿高度方向离散成断面层，即 分解成一系列等高线层，并相应的在各等高线层 面上的生成成形路径，成形工具头在计算机控制 下沿该等高线层面上的成形路径运动，使板材沿 路径包络面逐次变形，即以工具的运动所形成的 包络面代替模具的型而，以对板材进行逐次局部 变形代替整体成形，将板材直接成形为目的形状。
(3)成形质量 渐进成形件质量不高是制约该技术推广应用的关 键问题之一，也是目前研究的热点，大部分研究 正在围绕提高形状尺寸精度、 厚度减薄均匀性、 及表面粗糙度等方面展开。 形状尺寸精度不高，主要是由板材卸载回弹及切 边回弹等变形引起，华中科技大学的韩飞利用多 元线性回归以及神经经网络算法建立了板材渐进 成形问弹预测模型，并提出了基于傅立叶和小波 变换结介的渐进成形轨迹型面闭环补偿算法；可 实现回弹误差的精确补偿。