2、多阶段单点渐进成形中阶梯特征的去除方法

多阶段单点渐进成形中阶梯特征的去除方法

1. 引言

钣金零件应用广泛，从厨房用具等家用电器到汽车、航空航天和生物医学等高端领域都有涉及。传统钣金成形使用包含冲头和凹模的冲压工具，小批量生产成本高，因为每个零件都需要专门的冲头和凹模，零件几何形状稍有变化就需全新的模具设置。

近年来，渐进式钣金成形（ISF），也称为无模钣金成形，是一种用于制造复杂几何形状的新型钣金成形方法。该工艺可直接从计算机辅助设计（CAD）模型成形零件，无需模具、夹具和专用冲头凹模设置，能在任何三轴传统数控铣床上执行，工具路径可在简单的数控模拟器软件上模拟和优化，机器和工具成本低，适用于小批量生产。

单点渐进成形（SPIF）是ISF工艺的基本简单变体，板材边缘被固定，其余部分不支撑。而TPIF工艺中板材由全模或部分模具支撑，还有一种TPIF变体使用两个工具，一个用于变形板材，另一个用于支撑。

SPIF工艺存在一些挑战，如几何精度差和壁厚分布不均匀。最终厚度可通过正弦定律近似计算：$t_f = t_0 × sin(90 – ψ)$ ，其中$t_f$是最终厚度，$t_0$是板材初始厚度，$ψ$是零件壁角。在SPIF过程中，沿成形深度特定位置会出现特征变薄带，此处壁厚最小，易发生断裂。同时，壁厚分布不均、回弹和夹紧处弯曲会导致几何误差。由于变形特性，SPIF工艺难以实现较陡的壁角，为克服这一问题，可增加中间阶段，即多阶段单点渐进成形（MSPIF），但会在成形零件底部出现额外的变形残留物，即阶梯特征，这会增加整体成形深度，导致几何误差。

为减少阶梯特征，可在成形零件底部放置带垫板的螺栓支撑，垫板可限制成形零件的刚体平移，从而减少中间阶段的台阶。

2. 实验计