|
| |
| 净形成形技术（Net Shape Forming Technology） | |
| 为节省流量，手机版未显示文章中的图片，请点击此处浏览网页版 | |
|
1 前言
金属塑性成形产业为能促进产业升级，提升竞争能力并积极介入潜力雄厚之电子、计算机产业，板材冲锻复合成形之制程技术、模具设计与制造技术及自动化生产技术之研发与应用，实为一重要课题；另基于降低生产成本、减轻产品重量、简化零件设计与制造及提升产品附加价值等目的，金属塑性成形领域正积极朝向高精度净形成形技术发展。
2 何谓净形成形（Net Shape Forming）
净形成形之定义如下：
(1) 相对于传统塑性成形（Plastic Forming），可得较小之后续机械加工，即可符合零件之尺寸及公差要求之成形制程。
(2) 成形零件局部重要位置不须后续机械加工，即可符合零件之尺寸及公差要求之成形制程。
(3) 在符合零件之尺寸及公差范围内，锻件可不须后续机械加工之成形制程。
3 塑性加工制品高精度化之因素
金属塑性加工现正朝着三大目标发展：
1. 制品精密化（净形零件开发）
2. 制程合理化（以最小投资成本及生产成本为制程整合与应用之原则）
3. 自动化、省力化
日本塑性加工学界大师工藤英明教授于其所发表之“精密锻造的现状与未来“中提到了塑性加工高精度化之因素（如图一所示）。由图一中可知，为能满足21世纪工业竞争之趋势与潮流：省能源、省资源、高效率化；价值观多样化；制品轻细小化等需求，并进而提升塑性加工业界之国际竞争能力，塑性加工制品不得不结合自动化生产与组装并提升其制品之精度。图（一）塑性加工制品高精度化之因素塑性加工制品精度提升之需求，可由下列几项因素反映之：
1. 减少后续加工
2. 零件形状一体化、复杂化
3. 流线切断极小化
4. 高附加价值化
5. 表面平滑化
6. 细密加工化
4 板材流动控制成形法（Flow Control Forming），简称FCF
1. 板材流动控制成形法（FCF）简介
(1) 近来，于塑性成形领域，制造净形零件（不须后绩加工），以降低生产制造成本之需求日益殷切，于板金成形制程中有效的加入冷间锻造制程为一极有效的方法，因此FCF制程因应而生。此专有名词，其实质之制程为板金成形与冷间锻造之合技术。（如图二所示）图（二）冲锻加工技术系统概念图(2) FCF制程是对材料的塑性流动进行精确控制，其可提升产品精度，于零件不同部位获得不同之尺寸、厚度要求，补偿了板金成形之缺点，以加工出高附加价值的复杂形状制品，这种加工方法将开创塑性 加工新领域，预期此将取代部份成形＋切削、粉末冶金与压铸等技术，并扩大塑性加工的使用范围。
(3) FCF制程因采用板材下料的方式，故于生产技术中，大都采用板金成形之生产方式。
微小形零件一采用连续冲模自动化生产。
1. 小型零件一采用连续冲模自动化生产。
2. 中、小型零件形状较杂，应用工序较少者-采用胚料传送自动化生产。
3. 中、小型零件形状较复杂，应用工序较少者-采用复合模具，实施人工生产或结合机械手（robot）之自动化生产。
(4) FCF制程工件成形应力较冷间锻造制程者小，如图（三）所示。图（三）FCF制程工件成形应力比较图(5) 图（四）所示为板材冲锻成形制程所包含之冷间锻造与板金冲压基本工序。图（3-1）板材冲锻成形制程2 应用FCF制开发之产品例（Helical cup）Helical cup冲锻件如图（四）、图（五）所示。图（四）应用冲锻复合技术开发之耳机轭图（五）应用冲锻复合技术开发之零件(1) Helical cup应用传统冷间锻造制程，如图（六）所示。图（六） Helical cup传统冷间锻造(2) Helical cup应用FCF制程，如图（七）所示。图（七）Helical cup之FCF制程3 板材流动控制成形（冲锻成形）之优劣点
因板材冲锻成形制程采冲床加工方式（生产速度高）且为净形零件制造制程，除必要之螺纹加工外，无后续机械加工，故其制造成本远低于他种零件制造制程，经实绩印证，其可取代下列制程技术所生产之产品。
1. 脱腊铸造法
2. 压铸＋切削加工
3. 冲压加工＋切削加工
4. 切削＋研磨
5. 嵌合、焊接之组合零件
（一）板材冲锻成形制程之优点
1. 产品之高精度安定化
2. 产品开发时程大幅缩短
3. 整体加工成本大幅减低
4. 产品强度增加（流线未被切削破坏、加工硬化等）
5. 因强度增加，产品可小型化、轻量化
6. 因采冲床加工，产品可大批量稳定供应
（二）板材冲锻成形制程之缺点
1. 与冲压加工比较，模具局部位置承受极高之集中负荷，模具刚度之要求与设计为重要之课题。
2. 若应用冷锻连续冲模制程开发微小或小型净形另件，因加工工序多，需求较宽台面之冲床，且因连续模具有局部位置承受极高之集中负荷，故压床不能单纯采用一般之冲庄冲床或冷锻冲床；须选用高精度，高刚性且滑块运动特性特别要求之成形设备。
3. 模具精度要求高故模具制作费用极高，非为一般之冲压模具与冷锻模具所能比拟，故适合大批量之零件生产。
5 摆辗锻造（Orbital Forging）
5-1摆辗锻造之基本原理及类型
摆辗锻造是1960年代始出现的一种压力加工制程，相关之研究及开发工作主要集中于英国、波兰、西德、日本及中国大陆等国，近年在欧洲（德国、波兰、瑞士）、中国大陆及日本等国已经成功的应用于汽机车、机床、电器、刀具及五金等产业零件之生产。由于此一制程具备省力（为传统压床锻造成形负荷的1/5~1/20）、精度高、无震动、噪音小与设备投资少的优点，因此可以预期在环保法规愈趋严格的末来，本制程必将得到愈来愈广泛的应用。
摆辗锻造为一项新的加工技术、加工时因模具与工件是呈局部接触的方式，故其所需的锻造负荷较传统制程为小，因而锻造加工机的出力和模具受力同样减低，但因摆辗锻造在成形机构与成形原理均和传统锻造方式有别，所以必须考虑到不同的制程参数。
（一）基本原理
摆辗锻造之基本原理如图（八）（a）所示，其上模之中心线0’0相对于下模中心线Z0倾斜了一个小角度γ，因此在成形时作用力仅作用于工件表面之局部区域如图（八）（b）所示，利用上模之回转，逐次压缩材料使之成形，由于每一瞬间材料与模具之接触面积很小，因此可大为节省所需之成形压力。
摆辗锻造由于具备以冷锻方式将形状复杂零件锻造成近净形（或净形）锻件之能力，故拥有极大的市场潜力，而且摆辗锻造能以传统锻造制程的1/5~1/15的成形负荷即能锻制出相同尺寸的产品，因此在锻机的投资成本上要经济许多；另外，由于特殊成形方式及成形负荷的降低，自然也没有一般传统锻造制程恼人的噪音及振动问题，对工作环境的改善及工作效率的提升亦有极大的帮助。图（八）摆辗锻造示意图（二）运动类型
摆辗锻机中上下模的基本运动形式有三种：
1. 回转（Rotation）：模具绕自轴旋转。
2. 平移（Feeding）：模具沿一个固定方向移动，一般称为进给。
3. 摆辗（Rocking）：模具相对于另一轴回转，而使得模具摇摆晃动。
由上下模运动模式的不同组合，摆辗锻机可分为三种机型，如图（九）。图（九）摆辗锻造的三种运动型式5-2 摆辗锻造之制程参数
摆辗锻造之重要制程参数包括：摆辗角度(γ)、摆头转速(n)、每转进给量(s)、摆头与工件接触时间(t)，其在制程中所扮演之角色及影响如下所述：
(1) 摆动角度（γ）
γ角的大小直接影响到摆头与工件之间的面积接触率（λ=摆头与工件接触面投影面积／工件表面投影面积），此乃因摆头为一圆锥体其圆锥顶角一般取180-2γ°，γ角愈大则圆锥顶角 愈小，摆头与工件之间的面积接触率（λ）愈小。而面积接触率（λ）的大小又会影响工件成形所需负荷例如当λ=1/n时，即摆头与工件之间的接触面积为整体投影面积的1/n倍，则变形力可以减力到原本的1/n，摆辗锻造就是在此一观念上所发展出来的塑性加工制程。
(2) 摆头转速(n)
摆头转速直接影响设备电机功率，转速太高不但电机功率成正比增加，且会使机架受力恶化。摆头转速亦影响摆头之每转进给量(s)，因此也直接影响到轴向压力与锻件品质（参考(3)之说明）。摆头转速一般们于30~300rpm之间。
(3)每转进给量(s)
每转进给量(s)乃指摆头每转（摇摆）一圈相对于下模的进给量，其由两项参数所决定，即滑块进给速度(v)与摆头转速(n)，S=v/n，当s较小时就会产生“蘑菇效应”现象，工件锻不透。一般S的选择以使λ=0.2~0.23为宜，目前常用摆辗锻造设备的S=0.2~2mm／转。
(4)摆头与工件接触时间(t)
摆头与工件接触时间(t)对工件品质有直接影响，t之设定通常以工件达到其设定高度之后，摆头在工作表面能多辗压1~2圈，以达到表面精整的效果。
5-3摆辗锻造制程之特点及设备 摆辗锻造制程之特点 （图片）表（一）高速铣削加工机之特性 （图片）表（二）电化学加工之优、缺点 （图片） | |
| 电脑版 | 客户端 | 关于我们 |
| 佳工机电网 - 机电行业首选网站 | ||