輕量化製造：無模漸進成形

來自專欄 汽車輕量化製造

無模漸進成形 dieless incremental sheet forming技術通過數控工具刀沿著既定路徑來加工金屬板料。整個過程基於局部塑性變形，無需模具。這項技術能快速製造原型和小批量成品（一般每月少於500個）。

三維CAD數據被轉換成數控數據下載到三維控制機器內。金屬板被四周固定在X-Y平面內，見圖1。X-Y平台和Z軸工具刀是獨立制動。Z軸從最高點開始，沿著每層2維路徑，逐步降低高度加工，類似於3D列印路徑。夾具也隨著Z軸下降。無模漸進成形的過程是將金屬板從頂部到底部依據CAD數據逐步加工。靜態模具被焊接在X-Y平台上，可以由低成本材料製造如塑料和硬木。這個模具只需有零件的外圍大致輪廓即可。

無模漸進成形的優點很多：簡化模具降低成本；原型製造更快更便宜；CAD方便改進；可以在CNC機床上進行簡單加工；加工綠色節能而且安靜；能加工複雜形狀。

與拉深工藝不同，漸進成形的塑性區很小，僅限於工具刀和金屬面接觸區域。金屬變薄是主要斷裂模式，變薄的最主要參數是成品的表面角度。這也造成表面角度是限制成形的因素之一。比如過大角度會造成過量變薄。

無模漸進成形的缺點包括：更適合小批量製造；成形速度慢；精度較低。

目前漸進成形研究主要在大學裡。一般用CNC機床家裝一個圓端的工具刀和拉深模具環就可以進行。研究的熱點集中包括：效益對比（原型製造，對比傳統衝壓和液壓成形）；提高精度減少回彈；用厚板造船；用滾頭工具刀減少摩擦；液壓反向力來增加可成形性。

無模漸進成形技術將會在快速原型和小批量零件製造領域發揮巨大作用。

翻譯自：R&D Update: Dieless NC forming

參考

1. H. Amino, K. Makita, and T. Maki, "Sheet Fluid Forming and Sheet Dieless NC Forming," New Developments in Sheet Metal Forming (Stuttgart, Germany: Institute for Metal Forming Technology of the University of Stuttgart, 2000), pp. 39-66.

2. A. Kochan, "Dieless Forming," Assembly Automation, Vol. 21 (2001), pp. 321-322.

3. Amino et al, "Sheet Fluid Forming and Sheet Dieless NC Forming."

4. J. Jeswiet, "Incremental Single Point Forming," Transactions of the North American Manufacturing Research Institution of SME, Vol. 29 (2001), pp. 75-79.

5. G. Hirt, S. Junk, and N. Witulski, "Incremental Sheet Forming: Quality Evaluation and Process Simulation," in proceedings from the 7th ICTP, Vol. 1 (2002), pp. 925-930.

6. University of Saarbrucken, Germany (Prof. G. Hirt, g.hirt@mx.uni-saarland.de), University of Dortmund, Germany (Prof. M. Kleiner, mkleiner@lfu.mb.uni-dortmund.de), University of Bath, U.K. (Prof. A. Bramley, A.N.Bramley@bath.ac.uk), University of Calabria, Italy (Prof. F. Micari, >micari @unical.it), Queens University, Canada (Prof. J. Jeswiet, jeswiet@me.queensu.ca).

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