一细睡、基本概念

無模多點成形就是將多點成形技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合為一體的先進制造技術(shù)簿馍。該技術(shù)利用一系列規(guī)則排列的忆帐、高度可調(diào)的基本體梢纫，通過對各基本體運動的實時控制汤浊，自由地構(gòu)造出成形面抛伏，實現(xiàn)板材的三維曲面成形鳍泥。它是對三維曲面扳類件傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新鹃唯。

板材無模多點成形系統(tǒng)是以計算機輔助設計與輔助制造技術(shù)為主要手段的柔性成形設備坡慌，其工作原理是把傳統(tǒng)的沖壓實體模具分解為很多離散的小模具單元（亦稱基本體）洪橘，利用一系列規(guī)則排列的高度可調(diào)的基本體熄求，通過對各個基本體運動的實時控制弟晚，自由地構(gòu)造出成形曲面卿城，代替模具實現(xiàn)板材三維曲面的快速無模成形。這種成形方式是對三維曲面板類件傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新喳卫。

二蕴嘹、技術(shù)特點

· 實現(xiàn)無模成形：取代傳統(tǒng)的整體模具闹只，節(jié)省模具設計羡逃、制造、調(diào)試和保存所需人力畴栖、物力和財力吗讶，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期照皆，降低生產(chǎn)成本沸停，提高產(chǎn)品的競爭力膜毁。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工瘟滨、制造模具的費用，而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時間：與手工成形方法相比能颁，成形的產(chǎn)品精度高室奏、質(zhì)量好，并且顯著提高生產(chǎn)效率劲装。

·優(yōu)化變形路徑：通過基本體調(diào)整，實時控制變形曲面塘憨，隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)卢女，提高材料成形極限，實現(xiàn)難加工材料的塑性變形士到，擴大加工范圍留绞。

·實現(xiàn)無回彈成形：可采用反復成形新技術(shù)助安，消除材料內(nèi)部的殘余應力，并實現(xiàn)少無回彈成形／保證工件的成形精度哩啼。

·小設備成形大型件：采用分段成形新技術(shù)莽裤，連續(xù)逐次成形超過設備工作臺尺寸數(shù)倍的大型工件。

·易于實現(xiàn)自動化：曲面造型馒易、工藝計算店烛。壓力機控制、工件測試等整個過程全部采用計算機技術(shù)砖军，實現(xiàn)CAD／CAM／CAT一體化生產(chǎn)辱甫，工作效率高，勞動強度小蒋令，極大地改善勞動者作業(yè)環(huán)境店诗。

三、技術(shù)發(fā)展概況

多點成形的研究起源于日本音榜。 70年代日本造船協(xié)會西岡等人試制了多點壓力機庞瘸，進行船體外板自動成形的研究，但因關(guān)鍵技術(shù)未能解決好赠叼，多點壓機的制造費用太高擦囊，未能實用化。日本三菱重工業(yè)株式會社的熊本等人也研制了三列多點成形設備梅割。由于其整體設

計不周霜第，該壓機只適用于變形量很小的船體外板的彎曲加工。另外户辞，東京大學的野本及東京工業(yè)大學的井關(guān)等人也進行了多點壓機及成形實驗方面的研究工作泌类，但未取得重大進展。宮80年代以來底燎，美國麻省理工學院D刃榨。E。Hardt的研究室對多點模具成形進行了十多年的研究双仍。最近麻省理工學院與美國航空航天技術(shù)研究部門合作寺斟，投入1400多萬美元的巨額經(jīng)費開發(fā)出多點張力拉伸成形機。

吉林工業(yè)大學教授李明哲博士在日本日立公司從事博士后研究期間系統(tǒng)地研究了多點成形基本理論辽画，深入地分析了成形機理與成形特點溪胖，并主持開發(fā)出多點成形實用機（主要技術(shù)參數(shù)見表（1）。

表1 多點成形實用機主要技術(shù)參數(shù)

該系統(tǒng)是世界上第一臺達到實用化程度的無模多點板材成形壓力機阀恳，己成功地用于三維曲面工件（如扭曲面肤不、球面、馬鞍面等）的實際生產(chǎn)中，工作效率較傳統(tǒng)的線狀加熱法提高了數(shù)十倍豌腮，而且制品精度也得到很大的提高绪封。

李明哲教授回國后，在吉林工業(yè)大學組建了無模成形技術(shù)開發(fā)中心椰骇，繼續(xù)對多點成形技術(shù)進行深入系統(tǒng)地研究历扭，逐步形成了板材多點成形理論∨蚝穑“該中心從學術(shù)與實際應用兩個方面建立了板材多點成形新理論與新方法棺氢，開發(fā)出多點成形實用化技術(shù)，并研制出集CAD／CAM／CAT于一體的無模多點成形樣機允瞧。

四简软、技術(shù)基礎與水平

由吉林工業(yè)大學承擔的國家重點科技攻關(guān)項目“大型板材三維曲面的自動無模成形設備”已經(jīng)通過驗收鑒定，驗收鑒定專家組對該項成果的總的評價是“多點成形技術(shù)是傳統(tǒng)的板類件三維曲面成形生產(chǎn)方式的重大刨新述暂，具有良好的市場前景痹升。該項目在多點成形設備、多點成形理論與實用技術(shù)的研究成果已達到了國際領先水平畦韭，已具備工業(yè)應用條件疼蛾。”

（一）在多點成形設備方面：

吉林工業(yè)大學開發(fā)的集CAD／CAE／CAM/CAT于一體艺配、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的板材無模多點成形設備總體構(gòu)成如圖：所示察郁。計算機軟件系統(tǒng)主要進行曲面幾何造型、工藝計算转唉、成形過程有限元模擬等皮钠。自動控制系統(tǒng)用于調(diào)整基本體群形狀，控制液壓加載系統(tǒng)成形出所需形狀的工件赠法；三維曲面測量檢測成形后的工件形狀麦轰，并將測量結(jié)果反饋到計算機軟件系統(tǒng)進行修正，實現(xiàn)閉環(huán)控制猴宾。

該設備與國外同類研究相比潘吸，具有如下特點：

一體化的CAD／CAE/CAM/CAT軟件系統(tǒng)：該軟件是目前國際上多點成形計算機軟件中規(guī)模最大、功能最多漆埋、考慮因素最全的系統(tǒng)卤撬，實現(xiàn)了多點成形過程的一體化處理。其CAD子系統(tǒng)根據(jù)零件的幾何形狀您窒、材質(zhì)柄楼、板厚等原始資料，采用NURBS方法進行曲面造型翻萨，進行工藝設計與計算殴据；CAE子系統(tǒng)基于彈塑性大變形有限元程序墙目，可以預測成形缺陷，計算回彈又信，確定關(guān)鍵的工藝參數(shù)，CAM子系統(tǒng)調(diào)節(jié)多點成形主機的上下基本體群杰笛，構(gòu)造柔性成形面抛冗，并控制主機進行板材成形。

多功能的自動無模多點成形機：既能實現(xiàn)多點模具成形最岗，又能模擬多點壓機成形帕胆；而且既能進行整體成形，又能進行分段成形般渡。

SM150型多點成形壓力機

在此設備上己成形出大量的形狀復雜懒豹、變形量大、表面質(zhì)量好驯用、尺寸比設備工作臺面積大數(shù)倍的三維曲面成形件脸秽。而且，在實際工件的模擬實驗中蝴乔，對高速列車車頭覆蓋件流線型部分的不對稱件也成功地進行了多點成形记餐，取得了在國際同類成形設備中最好的效果。

（二）在多點成形理論方面：

在多點成形理論研究方面取得了一系列新進展薇正，主要創(chuàng)新點有：

1．多點成形基本理論片酝，提出了四種成形原理不同的、具有代表性的多點成形基本方式挖腰，即多點模具成形雕沿、多點壓機成形、半多點模具成形及半多點壓機成形场时。

2．缺陷產(chǎn)生機理：研究了多點成形中典型不良現(xiàn)象（壓痕荡西、皺紋、回彈两猛、直邊效應）的產(chǎn)生機理蹲楷，并研制出這些缺陷的抑制方法。

3．工藝設計理論：提出了抑制壓痕的工藝方法椭肝、消除直邊效應的分段成形工藝方法茬蒿、改變變形路徑的工藝方法和無回彈的反復成形工藝方法。

4．設備設計理論：提出了基本體與基本體群設計方法玩困。多點成形設備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設計方法和優(yōu)化設計方法附扭。

（三）在實用技術(shù)開發(fā)方面：

在大量實驗的基礎上，解決了一系列實用化關(guān)鍵技術(shù)脉鼻，主要有：

1叔寓、無缺陷彈性墊技術(shù)：可以有效地抑制壓痕妨迈，起皺等成形缺陷，使成形件的表面質(zhì)量大大提高穷窃；

2呈枉、無回彈反復成形技術(shù)：即利用多點成形柔性化的特點，采用反復成形工藝方法埃碱，減小工件的回彈及材料內(nèi)部的殘余應力猖辫，實現(xiàn)板材小回彈或無回彈成形。

3．分段成形技術(shù)：即優(yōu)化過渡區(qū)成形模型砚殿，進行大變形量啃憎、大尺寸零件的成形，實現(xiàn)小設備成形大工件似炎，并使無模成形設備小型化辛萍。應用該技術(shù)已成形出超過設備工作臺面積七倍的樣件，扭曲面總扭曲角超過40G羡藐。

4．多道成形技術(shù)：對于變形量很大的制品贩毕，選取最佳路徑多道成形，使成形過程中板材各部分變形盡量均勻传睹，以消除起皺等成形缺陷耳幢，提高板材的成形能力。

5．閉環(huán)成形技術(shù)：即將自動控制技術(shù)與CAT欧啤、CAD結(jié)合起來痪僵，對成形后的工件進行三維測量，將測量的數(shù)據(jù)反饋到CAD系統(tǒng)倍挚，經(jīng)過控制算法運算后暮诫，計算出基本體群形狀的修正量，傳遞給控制系統(tǒng)再次成形绪忙，這樣反復幾次参唆，可以達到精確的目標形狀。

五肘渔、應用前景

不同形狀躯殷、不同尺寸的大型三維曲面板制品在輪船、艦艇繁莲、飛機独府、航天器、陸地車輛拢胆、大型容器以及不銹鋼雕塑等軍工和民品上比比皆是婆沟。近年來，隨著航空猛计、航天唠摹、海運爆捞、高速鐵路、化工以及城市建筑等行業(yè)的發(fā)展勾拉，對其需求也在不斷地增加煮甥，但落后的扳金彎形方法己不能適應這種發(fā)展要求，三維曲面板制品生產(chǎn)迫切地需要先進的制造技術(shù)望艺。無模多點成形技術(shù)已經(jīng)成熟苛秕，可以直接用于實際生產(chǎn)。它特別適合于曲面板制品的多品種小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品的試制找默，所加工的零件尺寸越大、其優(yōu)越性越突出吼驶。無模多點成形技術(shù)將在輪船和艦艇的外扳惩激、飛機和航天器的蒙皮、車輛蟹演、大型容器和城市雕塑的覆蓋件等三維曲面板制品加工中有著廣闊應用前景风钻，并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

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