三維曲面件廣泛應(yīng)用于航空航天、高速鐵路、船舶艦艇、醫(yī)學(xué)工程、現(xiàn)代建筑等行業(yè)中，很多軍用或民用的重大項目及工程都需要能夠加工高質(zhì)量三維曲面件的先進(jìn)制造技術(shù)[1-2]。傳統(tǒng)的塑性成形技術(shù)因為需要使用生產(chǎn)周期很長、制造和調(diào)試費(fèi)用很高的模具，限制了相關(guān)行業(yè)在產(chǎn)品多樣化、個性化以及更新升級等方面的發(fā)展。

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為替代塑性成形過程中使用的曲面成形用模具，眾多專家學(xué)者開展了與“柔性制造”技術(shù)相關(guān)的研究。現(xiàn)有的柔性制造技術(shù)主要有：應(yīng)用在航空航天工業(yè)的噴丸成形[3-4]、應(yīng)用在造船業(yè)的水火彎板[5] 以及單點(diǎn)漸進(jìn)成形[6] 等，但存在生產(chǎn)效率低、工件成形精度低、過分依賴操作者經(jīng)驗以及成形板材厚度受限等問題。 本文來自123

多點(diǎn)成形將柔性制造和計算機(jī)技術(shù)結(jié)合為一體，基于離散思想，將實體模具離散為一系列規(guī)則排列的基本體單元，通過計算機(jī)控制各基本體單元高度，構(gòu)造出成形面，實現(xiàn)板材的三維曲面成形。多點(diǎn)成形技術(shù)因其具有的獨(dú)特優(yōu)勢，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造領(lǐng)域的重要研究方向[7]。

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吉林大學(xué)致力于多點(diǎn)成形技術(shù)在板料成形方面的研究與開發(fā)工作[8-9]，相繼研發(fā)出多點(diǎn)成形壓力機(jī)、多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置、多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)以及多點(diǎn)拉壓復(fù)合成形機(jī)，分別應(yīng)用在船舶艦艇、醫(yī)學(xué)工程、航空航天、高速鐵路以及現(xiàn)代建筑等領(lǐng)域的三維曲面件成形。本文著重介紹多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置、多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)以及多點(diǎn)拉壓復(fù)合成形機(jī)研究工作方面的最新進(jìn)展及相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用現(xiàn)狀。 copyright 123456

多點(diǎn)成形技術(shù)的研究進(jìn)展 本文來自123

1 多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置 123,123

多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置主要由控制系統(tǒng)、基本體單元群、圍板等組成。圖1 為近期研發(fā)的SM40 型多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置，該裝置由1200個基本體單元組成，每個基本體單元的尺寸為40mm×40mm，調(diào)整行程為400mm，基本體單元排列成30×40矩陣，其最大調(diào)形尺寸為1200mm×1600mm。

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多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置的調(diào)形方式主要有2種，一種是用機(jī)械手調(diào)整，在一個機(jī)械手上安裝若干個基本體調(diào)整裝置，每移動一次機(jī)械手可以對若干個基本體進(jìn)行調(diào)整；此種方法制造成本低，但調(diào)形時間較長。另一種調(diào)形方式對所有基本體單元進(jìn)行同時調(diào)整，即在每個基本體下方安裝一個電機(jī)控制基本體的位置；此種調(diào)形方式的調(diào)形速度很快，但制造成本高。 本文來自123

    SM40型多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置調(diào)形后的照片如圖2 所示，該裝置的每個基本體單元下面都安裝一個電機(jī)，通過計算機(jī)實現(xiàn)對基本體單元高度的同時控制，從而實現(xiàn)快速調(diào)形，可在5分鐘內(nèi)完成一次調(diào)形。 copyright 123456

2 多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)

綜合運(yùn)用多缸液壓系統(tǒng)的帕斯卡定理和材料的加工硬化特性以及最小阻力定律等基礎(chǔ)理論，研發(fā)出具有獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)。多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)主要由多個夾料機(jī)構(gòu)、多個拉料機(jī)構(gòu)和機(jī)架組成；機(jī)架的兩側(cè)分別排列著一排多個夾料機(jī)構(gòu)；每個夾料機(jī)構(gòu)的夾料架設(shè)有聯(lián)接孔并通過萬向機(jī)構(gòu)與多個拉料機(jī)構(gòu)聯(lián)接，拉料機(jī)構(gòu)的另一端與機(jī)架鉸接，如圖3所示。

SF-1200 型多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)的工作面寬度為1200mm，工作面最大長度為1600mm ；其夾料機(jī)構(gòu)共有 20個，對稱分布在裝置兩側(cè)；一個夾料機(jī)構(gòu)連接3個液壓缸，分別按水平、傾斜以及垂直方向布置，水平和垂直方向布置的液壓缸行程為500mm，傾斜方向布置的液壓缸行程為750mm ；額定拉形力為1200kN，最大拉形力為2000kN。

多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)同一方向布置的一排多個液壓缸可以只用一個電磁換向閥控制，利用多缸液壓系統(tǒng)的帕斯卡定理，能夠使同一方向布置的各個液壓缸的拉伸力相同，使多點(diǎn)拉伸成形機(jī)實現(xiàn)自協(xié)調(diào)工作，提高板料成形質(zhì)量，降低拉伸成形機(jī)的制造成本。多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)的模具可以采用多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置，從而降低模具設(shè)計與制造的成本與周期，也可以與實體模具配合使用。 123,123

3　 多點(diǎn)拉壓復(fù)合成形機(jī) 123456

多點(diǎn)成形壓力機(jī)可以實現(xiàn)板料快速柔性成形，已經(jīng)應(yīng)用在北京奧運(yùn)會主場館——鳥巢建筑工程中的彎扭形鋼結(jié)構(gòu)件的塑性成形、船體外板成形以及人腦顱骨修復(fù)體成形等多個領(lǐng)域。為進(jìn)一步擴(kuò)寬多點(diǎn)成形壓力機(jī)的適用范圍，將柔性拉伸成形技術(shù)與多點(diǎn)對壓成形技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出多點(diǎn)拉形與對壓復(fù)合成形機(jī)。

多點(diǎn)拉形與對壓復(fù)合成形機(jī)的每個夾料機(jī)構(gòu)通過萬向機(jī)構(gòu)連接的液壓缸可以在板料拉伸成形時，依據(jù)板材成形的需要，提供不同方向的拉力。板料拉壓成形時，首先由水平方向布置的液壓缸產(chǎn)生水平拉伸作用，以消除板材的彈性形變，其余兩排液壓缸跟隨萬向機(jī)構(gòu)隨動；之后分別由傾斜和垂直方向布置的液壓缸完成板料包覆貼模，或者由傾斜和垂直方向布置的液壓缸同時作用，共同完成板料包覆貼模，各液壓缸同時工作，可以提供更大的拉伸力，并控制拉伸方向使板材更好的貼模；板料基本貼模后，進(jìn)行對壓成形。 123,123

多點(diǎn)成形技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 本文來自123

1　多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置

多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置已經(jīng)應(yīng)用在傳統(tǒng)拉伸成形機(jī)上，進(jìn)行了蒙皮件成形，如圖5 所示。多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置替代實體模具與傳統(tǒng)拉伸成形機(jī)組合使用，能夠有效地減少蒙皮件制造過程中因模具設(shè)計、制造和調(diào)試而增加的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時間。 123456

2　 多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī) 本文來自123

使用多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)與多點(diǎn)數(shù)字化調(diào)形裝置實現(xiàn)了不同材質(zhì)、不同形面的拉伸成形，加工出球形件、錐形件、S形件等三維曲面件，實現(xiàn)了一套設(shè)備加工不同尺寸和形狀的板料成形件，節(jié)約了大量模具費(fèi)用，實現(xiàn)了板料無模、快速及柔性化成形，如圖6所示。

本文來自123

多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī)批量生產(chǎn)的蒙皮件，成功應(yīng)用于我國新一代高速列車動車組中，如圖7 所示，保證了高速列車動車組制造項目的順利實施。 123,123

3　多點(diǎn)拉壓復(fù)合成形機(jī) 本文來自123

多點(diǎn)拉壓復(fù)合成形機(jī)因為具有多點(diǎn)對壓和多點(diǎn)拉伸成形功能，能夠加工出復(fù)雜形狀的三維曲面件。近期研制的多點(diǎn)拉壓復(fù)合成形機(jī)，解決了板材對壓成形過程中存在的起皺問題，加工出了高質(zhì)量的三維曲面板材成形件。 123,123

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結(jié)束語

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多點(diǎn)成形技術(shù)實現(xiàn)了三維曲面成形件的無模、快速、數(shù)字化及柔性化成形；滿足了很多制造領(lǐng)域在曲面成形方面的需求，具有廣闊的研究空間及應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn) 123,123

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