目前针对渐进成形零件质量的改善，国内外研究学者提出了多种不同的工具头运动策略，不同运动策略对成形质量的改善程度各有差异，且基于工具头运动策略改进零件成形质量还有很大的空间，因此提出了一种改进的定弦长层切法策略，通过有限元仿真对不同工具头运动策略对零件成形质量的影响进行了比较。零件及材料成形的零件为锥形零件，具有多种典型的形状特征，如图
1 所示，零件的侧壁为抛物线状曲线，过渡圆角为 R15~R20 mm。成形选用的材料为 Cr4 钢，板料厚度为 1
mm，通过单向拉伸试验获得其弹性模量为 140.7 GPa，屈服强度为 156 MPa，板厚向异性系数平均值 r 1.79 。采用 Swift
公式拟合其流动应力应变曲线得到强化系数 k 为 530.4 MPa，硬化指数 n为 0.235，弹性极限为 0.005 47。
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工具头成形策略对零件几何精度的影响在成形过程中，侧壁发生塑性变形，当工具头离开后，板料发生弹性回复，特别是对于 Cr4
材料，其弹性模量较小，回弹效应也比较明显，因此侧壁与理想轮廓存在较大偏差。工具头压入板材后，板材出现包覆工具头的弯曲变形，因此底部出现两端低中间高的鼓包现象。通过不同运动策略成形后的零件轮廓与理想轮廓线的对比见图
6，采用不同的运动策略成形，零件均出现侧壁回弹和底部鼓包缺陷，其中采用定间隔-下压点分散层切法轨迹成形后的零件尺寸精度最差，侧壁最大回弹量为
11.5 mm，底部鼓包最大高度为3.9 mm。采用定间隔-往复运动层切法和螺旋法成形对零件侧壁回弹和底部鼓包的改善并不明显，最大回弹量分别为
9.8 mm 和 10.1 mm，底部鼓包最大高度分别为3.8 mm 和 3.6
mm。采用改进的定弦长层切法成形后的零件取得最好的形状和尺寸精度，其侧壁最大回弹量和底部鼓包最大高度分别为 9.2 mm 和 2.7
mm，相较于定间隔-下压点分散层切法分别减小了 14.8%和 30.8%。2
工具头成形策略对零件底部压痕的影响工具头进给点集中会导致材料在工具头进给母线上挤压严重，在零件的母线特别是零件底部出现明显的挤压痕迹。采用定间隔层切法的进给方式或采用定间隔螺旋法的进给方式容易在零件底部产生较大的扇贝高度。截取了成形后零件底部的表面，前3种方案成形后的零件靠近底部的侧壁处均出现明显的一圈圈压痕，零件表面质量较差，这种现象中的试验结果较为吻合，且与
1.3
节分析发现的底部扇贝高度最大的结论一致。同时，在底部工具头轴向进给的位置出现了压痕，特别是采用定间隔-交替运动层切法由于每一层进给都在同一位置，零件底部的压痕最为显著。采用改进的定弦长层切法成形后的零件同时消除了侧壁和底部的压痕缺陷，保证了零件的表面质量。
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工具头成形策略对零件厚度分布的影响金属板材渐进成形过程中主要的变形模式是沿板材侧壁母线方向上的拉伸和板材厚度方向上的剪切，侧壁拉伸与零件侧壁角度和零件深度直接相关，由于零件四周被夹紧，限制了材料流动，零件侧壁的表面积增大而体积得不到补充，因此零件侧壁厚度方向出现剧烈的减薄。厚度减薄最严重区域均出现在侧壁靠近压边位置，且侧壁厚度呈现出随深度增大而增加的梯度分布规律。表
1 比较了 4 种运动策略成形完成时刻的最小单元厚度，采用 4
种成形策略零件的侧壁减薄都较为严重，其中定间隔-交替运动层切法的最小单元厚度最小，改进的定弦长层切法轨迹成形的零件厚度较其他策略成形的零件更为均匀，厚度减薄率相较定间隔-交替运动层切法减小了
4.6%。
结论
针对渐进成形提出了一种改进的定弦长层切法运动策略，通过有限元仿真比较了不同渐进成形工具头运动策略对成形零件质量的影响，得到以下结论。1）采用不同的渐进成形工具头运动策略，成形后的零件均出现侧壁回弹、底部鼓包和厚度减薄缺陷。2）提出的改进定弦长层切法轨迹的成形策略能够有效避免零件底部出现压痕缺陷，获得的零件具有较好的形状精度，相较于定增量-同方向进给轨迹成形，其侧壁最大回弹量减小了
14.8%，底部最大鼓包高度降低了
30.8%。3）不同的工具头运动策略对零件厚度减薄影响较小，定间隔-交替运动层切法成形的零件厚度减薄最严重，改进的定弦长层切法运动策略相对其厚度减薄减小了
4.6%。
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