多點(diǎn)成形技術(shù)簡介

1、多點(diǎn)成形技術(shù)及設(shè)備介紹吉林大學(xué)無模成形技術(shù)開發(fā)中心 長春瑞光科技有限公司一、多點(diǎn)成形技術(shù)簡介多點(diǎn)成形是金屬板材三維曲面成形的全新技術(shù)，是對傳統(tǒng)板料生產(chǎn)方式的重大變革。其原理是將傳統(tǒng)的整體模具離散成一系列規(guī)則排列、高度可調(diào)的基本體（或稱沖頭）。在整體模具成形中，板材由模具曲面來成形，而多點(diǎn)成形中則由基本體群沖頭的包絡(luò)面（或稱成形曲面）來完成，如圖1-1所示。相當(dāng)于重新構(gòu)造了成形模具，由此體現(xiàn)了多點(diǎn)成形的柔性特點(diǎn)。調(diào)節(jié)基本體行程需要專門的調(diào)整機(jī)構(gòu)，而板材成形又需要一套加載機(jī)構(gòu)，以上、下基本體群及這兩種機(jī)構(gòu)為核心就構(gòu)成了多點(diǎn)成形壓力機(jī)。一個(gè)基本的多點(diǎn)成形裝備應(yīng)由三大部分組成，即CAD軟件系統(tǒng)、控制系

2、統(tǒng)及多點(diǎn)成形主機(jī)，如圖1-2所示。CAD軟件系統(tǒng)根據(jù)要求的成形件目標(biāo)形狀進(jìn)行幾何造型、成形工藝計(jì)圖1-2 多點(diǎn)成形系統(tǒng)的基本構(gòu)成算，將數(shù)據(jù)文件傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)控制壓力機(jī)的調(diào)整機(jī)構(gòu)，構(gòu)造基本體群成形面，然后控制加載機(jī)構(gòu)成形出所需的零件產(chǎn)品。二、技術(shù)先進(jìn)性與應(yīng)用領(lǐng)域在多點(diǎn)成形裝備中，基本體群及由其形成的“可變模具”是多點(diǎn)成形壓力機(jī)的主要組成部分。從這個(gè)意義上講，“多點(diǎn)成形”也可稱為“無模成形”。這種成形裝備具有很多傳統(tǒng)成形方式無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，其先進(jìn)性主要表現(xiàn)為：1）實(shí)現(xiàn)無模成形，不需另外配置模具。因此，不存在模具設(shè)計(jì)、制造及調(diào)試費(fèi)用的問題。與整體模具成形方法相比節(jié)省了大量的資金與

3、時(shí)間；更重要的是過去因模具造價(jià)太高而不得不采用手工成形的單件、小批零件的生產(chǎn)，在此系統(tǒng)上可完全實(shí)現(xiàn)規(guī)范的自動(dòng)成形。無疑，這將大大提高成形質(zhì)量。2）該技術(shù)由基本體群的沖頭包絡(luò)面成形板材，而成形面的形狀可通過對各基本體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制自由地構(gòu)造出來，甚至在板材成形過程中都可隨時(shí)進(jìn)行調(diào) 1整。因而，板材成形路徑是可以改變的，這也是整體模具成形無法實(shí)現(xiàn)的功能。結(jié)合有效的數(shù)值模擬技術(shù)，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)某尚温窂?，即可消除板材的成形缺陷，提高板材的成形能力。另外，根?jù)成形面可變的特點(diǎn)，還能實(shí)現(xiàn)反復(fù)成形的工藝過程，消除回彈，減小殘余應(yīng)力。3）利用成形面可變的特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)板材的分段、分片成形，在小設(shè)備上能成形大于設(shè)備

4、成形面積數(shù)倍甚至數(shù)十倍的大尺寸零件。4）這種成形裝備的通用性強(qiáng)，適用范圍寬。通常整體模具成形方法只適用于指定厚度的板材，而該系統(tǒng)可成形最大厚度與最小厚度之比達(dá)到10的各種材質(zhì)板料。5）多點(diǎn)成形的幾何造型等處理都是由CAD軟件系統(tǒng)完成的，多點(diǎn)成形壓力機(jī)又是采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因而容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?？傊?，多點(diǎn)成形技術(shù)不僅適用于大批量的零件生產(chǎn)，而且同樣適用于單件、小批的零件生產(chǎn)。采用該技術(shù)可以節(jié)省大量的模具設(shè)計(jì)、制造及修模調(diào)試的費(fèi)用。所加工的零件尺寸越大，批量越小，這些優(yōu)越性越突出。這種成形方法在輪船、艦艇、航空、航天、車輛、化工、壓力容器以及城市雕塑等許多行業(yè)的覆蓋件三維曲面成形中具有廣闊的應(yīng)用前

5、景。三、多點(diǎn)成形主要原理1基本原理多點(diǎn)模具成形（a）成形開始 （b）成形過程中圖3-1 多點(diǎn)模具成形過程 （c）成形結(jié)束多點(diǎn)模具成形法是在成形前把基本體調(diào)整到所需的適當(dāng)位置，使基本體群形成制品曲面的包絡(luò)面，而在成形時(shí)各基本體間無相對運(yùn)動(dòng)。其實(shí)質(zhì)與模具成形基本相同，只是把模具分成離散點(diǎn)。這種成形方法的整個(gè)成形過程如圖3-1（a，b，c）所示。多點(diǎn)模具成形的主要特點(diǎn)是其裝置簡單，而且容易制作成小型設(shè)備。2技術(shù)特點(diǎn)與傳統(tǒng)模具成形相比，多點(diǎn)成形具有如下特點(diǎn)：2 實(shí)現(xiàn)無模成形通過對各基本體運(yùn)動(dòng)的控制來構(gòu)造出各種不同的成形曲面，可以取代傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省模具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財(cái)力，顯

6、著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費(fèi)用，而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時(shí)間。與手工成形方法相比，成形的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好，并且顯著提高生產(chǎn)效率。 優(yōu)化變形路徑通過基本體調(diào)整，實(shí)時(shí)控制變形曲面，隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形極限，實(shí)現(xiàn)難加工材料的塑性變形，擴(kuò)大加工范圍。 實(shí)現(xiàn)無回彈成形可采用反復(fù)成形新技術(shù)，消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并實(shí)現(xiàn)少無回彈成形，保證工件的成形精度。 小設(shè)備成形大型件采用分段成形新技術(shù)，可以連續(xù)逐次成形超過設(shè)備工作臺(tái)尺寸數(shù)倍或數(shù)十倍的大型工件。 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化曲面造型、工藝計(jì)算、壓力機(jī)控制、工件測試等

7、整個(gè)過程都可以采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM/CAT一體化生產(chǎn)，工作效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，極大地改善勞動(dòng)者作業(yè)環(huán)境。四、多點(diǎn)成形設(shè)備1多點(diǎn)成形主機(jī)目前已開發(fā)出十余個(gè)品種YAM與SM兩個(gè)系列的多點(diǎn)成形設(shè)備，已開發(fā)的部分設(shè)備技術(shù)參數(shù)表如表4-1所示，若用戶需要其他規(guī)格與參數(shù)的設(shè)備，可以根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并可根據(jù)用戶需求選配接送料裝置、測試裝置。表4-1 已開發(fā)的多點(diǎn)成形設(shè)備規(guī)格及性能參數(shù)型號(hào)YAM-1YAM-3YAM-4YAM-5YAM-8YAM-10YAM-20 （SM-150）一次成形尺寸(mm) 基本體布置方式 基本體調(diào)整量(mm) 可加工板料厚度(mm) 額定成形力(KN)210

8、5;210 400×320 500×400 840×600 1000×720 800×600 1350×1350 30×30 50 0.52 5040×32 100 0.55 63025×20 100 28 100028×20 200 210 200025×18 300 316 315016×12 200 420 20009×9 300 1070 20000多點(diǎn)成形主機(jī)的設(shè)計(jì)可采用多種方式。它主要由如下幾部分組成：3 機(jī)架機(jī)架結(jié)構(gòu)可采用開式、四柱式、框架式等。 基本

9、體調(diào)型機(jī)構(gòu)主要有如下幾種調(diào)型方式：1機(jī)械手式：通過機(jī)械手依次調(diào)整每個(gè)基本體的行程。2電機(jī)式：每個(gè)基本體由一個(gè)小型電機(jī)控制，調(diào)型效率高。3液壓缸式：每個(gè)基本體由一個(gè)小型液壓缸控制，調(diào)型效率高。 控制系統(tǒng)可采用工控機(jī)進(jìn)行控制，應(yīng)針對不同的基本體調(diào)型機(jī)構(gòu)作相應(yīng)的設(shè)計(jì)。2柔性成形控制系統(tǒng)對于多點(diǎn)成形設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，良好的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是必不可少的。典型的設(shè)備控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如下：CAD軟件系統(tǒng)根據(jù)要求的目標(biāo)形狀進(jìn)行幾何造型，多點(diǎn)成形工藝計(jì)算，并對多點(diǎn)成形過程進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，將無誤的數(shù)據(jù)文件傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)此文件指揮多點(diǎn)成形壓力機(jī)成形工件。在成形系統(tǒng)中，測試裝置是三坐標(biāo)測量儀。工件

10、多點(diǎn)成形結(jié)束后，進(jìn)行形狀測量，測得的三維形狀數(shù)據(jù)反饋到控制系統(tǒng)進(jìn)行修正。3閉環(huán)成形系統(tǒng)由于回彈等問題的存在以及摩擦條件、材料參數(shù)變化等不確定因素，即使用數(shù)值模擬軟件事先進(jìn)行成形預(yù)測，也很難一次得到精確的合格產(chǎn)品。多點(diǎn)成形系統(tǒng)可以利用其柔性的特點(diǎn)，采用閉環(huán)的概念實(shí)現(xiàn)智能化的精確成形。即第一次成形后，在線測量出零件的曲面參數(shù)，與目標(biāo)形狀進(jìn)行比較。根據(jù)二者的幾何誤差成形面進(jìn)行再次成形，這一過程反復(fù)多次，直到得到所需形狀的零件（圖4-1）。 4五、多點(diǎn)成形CAD/CAM軟件系統(tǒng)要把多點(diǎn)成形用于三維曲面成形，并使其向?qū)嵱没⒆詣?dòng)化方向發(fā)展，開發(fā)多點(diǎn)成形CAD/CAM一體化軟件是必不可少的。自主開發(fā)了一套

11、多點(diǎn)成形專用CAD/CAM軟件，利用該軟件，對于所需成形的曲面，只需將已知的設(shè)計(jì)信息傳給計(jì)算機(jī)，由程序按照曲面造型法自動(dòng)生成曲面，計(jì)算所需點(diǎn)的坐標(biāo)，并進(jìn)行一系列工藝計(jì)算與判斷，就可以由計(jì)算機(jī)控制多點(diǎn)成形設(shè)備完成基本體位置的調(diào)整和工件的壓制以及成形件形狀測量、修正等工作。1軟件總體結(jié)構(gòu)多點(diǎn)成形CAD/CAM一體化軟件是整個(gè)多點(diǎn)成形設(shè)備的控制核心，相當(dāng)于人體的大腦。鑒于目前微機(jī)性能價(jià)格比不斷提高，并已占據(jù)了計(jì)算機(jī)市場的主流，圖5-1 多點(diǎn)成形CAD/CAM軟件總體結(jié)構(gòu)選擇了微機(jī)作為軟件的基本硬件運(yùn)行環(huán)境。軟件支撐系統(tǒng)選擇的是微機(jī)主流操作系統(tǒng)WINDOWS平臺(tái)。軟件大部分采用VISUAL C+ 6.

12、0開發(fā)，另外在壓力機(jī)控制部分還嵌入了一些匯編代碼，以獲得較好的控制實(shí)時(shí)性。多點(diǎn)成形一體化軟件總體上可以分為CAD和CAM兩個(gè)子系統(tǒng)(見圖5-1)。多點(diǎn)成形CAD按功能可以劃分為曲面造型、確定成形位置和多點(diǎn)成形工藝計(jì)算三個(gè)主要部分。多點(diǎn)成形CAM主要是對CAD子系統(tǒng)傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真以進(jìn)行檢驗(yàn)，并把成形數(shù)據(jù)翻譯成二進(jìn)制碼指令直接送到多點(diǎn)壓力機(jī)的控制系統(tǒng)來控制壓機(jī)進(jìn)行壓制。多點(diǎn)成形CAD/CAM軟件借助于自身的曲面造型功能可以使用戶根據(jù)原始數(shù)據(jù)的不同以多種方式輸入工件信息，可與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互式設(shè)計(jì)以決定工件的最佳成形位置，完成多點(diǎn)成形過程中必要的計(jì)算，并提供多種方式對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，確保計(jì)算結(jié)

13、果的正確性。同時(shí)，利用該軟件也可直接控制壓機(jī)完成壓制工件的過程。軟件所采用的高品質(zhì)三維彩色圖像顯示技術(shù)及與用戶的實(shí)時(shí)交互功能提高了軟件的易用性。52軟件的功能特點(diǎn)本軟件使用方便、運(yùn)行穩(wěn)定、界面美觀、與用戶的交互性好，能夠處理的工件范圍廣泛，工藝計(jì)算的速度快、精度高，能夠給出幾乎所有必須的多點(diǎn)成形工藝計(jì)算結(jié)果。軟件的自動(dòng)化程度高，用戶無須培訓(xùn)，只需經(jīng)簡單指導(dǎo)，即可壓制出合格的工件。本軟件具有下述功能特點(diǎn)：1集成化的軟件系統(tǒng)本軟件集CAD、CAM于一體，涵蓋了板材多點(diǎn)成形工藝的全過程。利用本軟件可以完成從工件的幾何和材料參數(shù)輸入、曲面造型、多點(diǎn)成形工藝計(jì)算一直到直接控制多點(diǎn)壓機(jī)進(jìn)行壓制、誤差檢測和

14、閉環(huán)控制系統(tǒng)等多點(diǎn)成形的各個(gè)步驟，從而可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)成形過程的自動(dòng)化。2基于NURBS的曲面造型技術(shù)非均勻有理B樣條（NURBS）曲面造型造型方法由于具有幾何直觀、易于控制、能夠統(tǒng)一表達(dá)解析曲面與自由型曲面等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為目前國際上最先進(jìn)的曲面造型方法。本軟件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了NURBS曲面造型方法，從而使本軟件能夠處理形狀非常復(fù)雜的工件，使工件的曲面描述的準(zhǔn)確性、表達(dá)形式的統(tǒng)一性得到了保證，為進(jìn)一步的工藝計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。3多種曲面造型方法本軟件提供了四種工件的曲面造型方法，大大方便了有不同需求用戶的使用。其中包括基于NURBS的網(wǎng)點(diǎn)坐標(biāo)法、四條邊界線法、截面輪廓線法三種曲面造型方法，主要用于處

15、理各種非規(guī)則曲面，也可用于表達(dá)規(guī)則曲面。同時(shí)針對生產(chǎn)實(shí)際中常見的馬鞍形、球形、扭曲形曲面提供了利用解析方法對其進(jìn)行快速處理的規(guī)則曲面造型方法。用戶可以根據(jù)自己需要靈活選擇不同的曲面造型方法。4精確、完善的多點(diǎn)成形工藝計(jì)算功能本軟件實(shí)現(xiàn)了整個(gè)多點(diǎn)成形的工藝計(jì)算過程，其中包括沖頭與工件的接觸點(diǎn)計(jì)算、沖頭行程確定、回彈處理、成形力計(jì)算等諸多方面。在軟件內(nèi)部，由于對其核心算法作了優(yōu)化，使其在保證計(jì)算精度的同時(shí)，運(yùn)算速度大為提高，完全滿足了工程實(shí)際的需要。5最終成形狀態(tài)檢驗(yàn)本軟件實(shí)現(xiàn)了對壓機(jī)實(shí)際壓制情況的模擬?？梢园葱谢蛄杏^察每個(gè)沖頭與工件的實(shí)際接觸情況，對不良接觸情況有直觀的提示。并且對沖頭與工件的接

16、觸點(diǎn)的位置也作了模擬，以判斷工件和壓機(jī)的受力狀況。最終成形狀態(tài)檢驗(yàn)對壓制出合格工件有重要的指導(dǎo)作用。3板類件曲面造型技術(shù)多點(diǎn)成形主要是用于成形三維曲面工件，而且這些工件中非規(guī)則曲面較多，所以曲面造型是工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算的基礎(chǔ)。6基于非均勻有理B樣條（NURBS）曲面造型原理，本軟件將任意三維復(fù)雜曲面按一片或多片NURBS曲面片進(jìn)行形狀構(gòu)造。對于不同的原始數(shù)據(jù)，每一曲面片可以采用四條邊界法、座標(biāo)網(wǎng)點(diǎn)法、截面輪廓線法和規(guī)則幾何形狀法等四種方法之一進(jìn)行曲面的幾何尺寸的輸入。此外，還實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)的IGES接口，可以與其他商業(yè)CAD軟件交換數(shù)據(jù)。采用OpenGL實(shí)現(xiàn)了對板材制品的三維真實(shí)感模型的顯示（如圖5-

17、2所示），圖5-2 曲面造型實(shí)例用戶可使用鼠標(biāo)及鍵盤對三維圖形實(shí)時(shí)進(jìn)行任意旋轉(zhuǎn)、平移、放縮或采用其他多項(xiàng)輔助功能察看圖像，以檢驗(yàn)輸入數(shù)據(jù)的正確性。4確定成形位置工件信息輸入完成后，首先要通過旋轉(zhuǎn)和平移把工件調(diào)整到最佳成形位置再進(jìn)行下一步處理。這對防止壓力機(jī)偏載、延長壓力機(jī)使用壽命、保證成形效果均有重要的意義。另外，采用分段多點(diǎn)成形工藝時(shí)，需要用此模塊調(diào)整工件的成形區(qū)域。工件定位功能主要包括自動(dòng)和手動(dòng)調(diào)整兩個(gè)方面：1自動(dòng)調(diào)整：軟件自動(dòng)調(diào)整工件到適當(dāng)?shù)某尚挝恢?。?yīng)遵循如下原則：1）減少基本體總調(diào)整量，提高成形效率。2）優(yōu)化工件受力狀態(tài)，避免壓力機(jī)偏載。7圖5-3 自動(dòng)調(diào)整成形位置多點(diǎn)成形時(shí)，確定制

18、品的成形位置，主要著眼于它的幾何形狀。圖5-3為一實(shí)際工件的調(diào)整結(jié)果。2手動(dòng)調(diào)整：允許用戶自由控制工件的成形位置。本軟件提供了多種方法對工件進(jìn)行成形位置的實(shí)時(shí)調(diào)整。5多點(diǎn)成形工藝計(jì)算（1）板類件可成形性分析首先要對目標(biāo)工件在多點(diǎn)成形設(shè)備上的可成形性進(jìn)行分析，主要應(yīng)考慮如下方面：1）壓力機(jī)的最大可成形能力（如：基本體群的數(shù)目或一次成形的最大面積等）。2）壓力機(jī)允許的加工程度（如：各基本體速度、最大行程和許用變形力）。 要考慮的基本體主要參數(shù)有：橫向個(gè)數(shù)、縱向個(gè)數(shù)、間距、最大行程、許用載荷和基本體球頭半徑等。（2）確定成形工藝方案確定某一工件的多點(diǎn)成形工藝，主要是依據(jù)工件原始坯料尺寸。根據(jù)其毛坯尺

19、寸大小，判定需要采用整體成形工藝，還是采用分段逐次成形工藝。（3）基本體與工件接觸點(diǎn)的計(jì)算在成形過程中，被成形工件與加載工具之間的接觸點(diǎn)與接觸狀態(tài)時(shí)刻變化。為準(zhǔn)確地控制多點(diǎn)成形壓力機(jī)的各基本體，得到理想的成形效果，還要精確地計(jì)算成形時(shí)的接觸點(diǎn)變化。接觸點(diǎn)可以通過求解沖頭球面與工件曲面的公切點(diǎn)的方法得到。（4）計(jì)算基本體的行程要實(shí)現(xiàn)位移控制，就需要準(zhǔn)確計(jì)算所有基本體的行程。得到了基本體與成形件的接觸點(diǎn)后，就可以通過基本體球頭半徑、各基本體軸線的位置座標(biāo)等參數(shù)分別計(jì)算出上、下各基本體的行程。圖5-4所示為基本體與工件配合情況檢驗(yàn)。8圖5-4 基本體與工件配合情況檢驗(yàn)（5）其他相關(guān)工藝計(jì)算可根據(jù)所給

20、的材料特征計(jì)算出壓機(jī)所需的總成形力及各沖頭所承擔(dān)的成形力?？捎?jì)算出每個(gè)沖頭處成形件各方向曲率、該處成形件位置等信息已便于對成形結(jié)果進(jìn)行分析。對于工藝計(jì)算的結(jié)果，軟件提供了采用表格、直接標(biāo)注在沖頭體上等多種方式進(jìn)行顯示，方便用戶查看。6成形結(jié)果仿真與實(shí)際壓制工藝計(jì)算完成后，在實(shí)際控制壓力機(jī)成形工件之前，一定要對壓力機(jī)控制數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，防止壓力機(jī)接受錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，造成不必要的損失。通過對多點(diǎn)成形的終成形狀態(tài)進(jìn)行三維仿真，可以在計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)際壓制狀況。9本軟件可以對成形過程進(jìn)行多種檢驗(yàn)，并能夠把檢查結(jié)果直觀地顯示出來（見圖5-5）。如檢查沖頭與工件的配合情況、沖頭行程是否超出行程范圍、接觸點(diǎn)位置和不良

21、接觸情況等。對于不合格的數(shù)據(jù)（如沖頭行程越界，沖頭與工件接觸不良等情況）計(jì)算機(jī)將自動(dòng)根據(jù)其嚴(yán)重程度給出不同的警告信息。當(dāng)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)合格后，計(jì)算機(jī)將根據(jù)成形數(shù)據(jù)自動(dòng)編碼控制指令，通過輸入輸出接口向壓力機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出控制指令并接收反饋信息?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)收到的指令來調(diào)整各基本體行程，以控制壓力機(jī)成形工件、實(shí)現(xiàn)工件成形效果檢測及閉環(huán)形狀控制等。圖5-5 成形過程檢驗(yàn)六、應(yīng)用例多點(diǎn)成形設(shè)備是板類件三維曲面成形的理想設(shè)備，特別適用于尺寸多變、批量不大的大型板材曲面零件的生產(chǎn)，使生產(chǎn)簡單化、柔性化，實(shí)現(xiàn)零件的快速制造。采用多點(diǎn)成形技術(shù)可節(jié)約模具費(fèi)用，縮短研制及生產(chǎn)周期，對產(chǎn)品的更新?lián)Q代做出快速響應(yīng)。目前已開發(fā)

22、出YAM及SM兩個(gè)系列十多個(gè)品種的多點(diǎn)成形裝備，并實(shí)現(xiàn)了出口。該技術(shù)已在高速列車流線型車頭覆蓋件成形、潛艇外殼成形及飛機(jī)蒙皮拉形中實(shí)際應(yīng)用，并圓滿解決了北京奧運(yùn)會(huì)主場館鳥巢建筑工程中大型鋼板結(jié)構(gòu)件成形的世界性技術(shù)難題，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。采用該技術(shù)成形的人腦顱骨鈦合金修復(fù)體已在多家醫(yī)院得到應(yīng)用，成功地實(shí)施了七百余例手術(shù)，取得了顯著的社會(huì)效益。圖6-1為多點(diǎn)成形小型樣機(jī)。該設(shè)備采用機(jī)械手進(jìn)行調(diào)型，機(jī)身采用框架結(jié)構(gòu)，最大成形壓力為100KN，上下基本體群采用10×10布置方式，一次最大成 10形面積為140mm×140mm。在這臺(tái)設(shè)備上已經(jīng)成形了數(shù)百種質(zhì)量良好的樣件和實(shí)用件。

23、圖6-2所示為多點(diǎn)成形樣件，圖6-3所示為受某廠委托成形的建筑裝飾件，雖然設(shè)備的一次成形尺寸只有140×140mm，但采用分段成形技術(shù)，成形的曲面件最大長度超過3m。圖6-1 多點(diǎn)成形小型樣機(jī)圖6-3 建筑用裝飾件a) 各種樣件 b) 雕塑件 c) 大扭曲量樣件圖6-2 多點(diǎn)成形樣件圖6-3 建筑裝飾件成形11圖6-4是為某廠制造的YAM-5型世界首臺(tái)商品化多點(diǎn)成形壓力機(jī)。該設(shè)備采用機(jī)械手進(jìn)行調(diào)型，機(jī)身采用C型結(jié)構(gòu)，最大成形壓力為2000KN，上下基本體群采用28×20布置方式，一次最大成形面積為840mm×600mm。該設(shè)備是世界首臺(tái)商品化的多點(diǎn)成形壓力機(jī)，主要

24、用于高速列車流線型車頭蒙皮的生產(chǎn)。高速列車車頭蒙皮通常要分成50-80塊不同曲面，每一塊曲面都要分別成形后進(jìn)行拼焊。采用多點(diǎn)成形設(shè)備，只需幾天時(shí)間就可以完成一臺(tái)新型車頭覆蓋件的成形，大大提高了成形效率與質(zhì)量。圖6-5所示為采用多點(diǎn)成形壓力機(jī)生產(chǎn)的高速列車流線型車頭的拼焊制造過程。 圖6-4 世界首臺(tái)商品化多點(diǎn)成形壓力機(jī)圖6-5高速列車流線型車頭的拼焊制造過程圖6-6是中厚板成形用多點(diǎn)成形壓力機(jī)。該設(shè)備采用采用四柱式結(jié)構(gòu)，最大成形壓力為3150kN，上下基本體群采用20×25布置方式，一次最大成形面積為800mm×1000mm。采用這臺(tái)設(shè)備成形了多種質(zhì)量良好的中厚板件，該設(shè)備

25、已成圖6-7 馬鞍形樣件(板厚16mm)圖6-6 用于中厚板成形的多點(diǎn)成形壓力機(jī)圖6-8 潛艇外殼（鈦合金）的部分成形件 12功用于潛艇外殼（鈦合金）的成形，解決了鈦合金難于成形、回彈大等問題。圖6-7所示為使用該設(shè)備成形的馬鞍形樣件（板厚16mm），圖6-8所示為潛艇外殼的部分成形件（照片中的工件沒有進(jìn)行焊接，只是按接縫擺到一起）。圖6-9所示為奧運(yùn)會(huì)主場館鳥巢建筑工程用多點(diǎn)成形壓力機(jī)，該設(shè)備是對壓式多點(diǎn)成形設(shè)備。該裝備的所有基本體沖頭都可以同時(shí)調(diào)整，從一個(gè)成形面變化到另一個(gè)成形面只需2分鐘；與逐點(diǎn)調(diào)形式相比，調(diào)形效率提高了數(shù)十倍。裝備的最大成形壓力為20000KN，上下沖頭群采用9

26、5;9布置方式，一次成形尺寸為1350mm×1350mm。采用分段成形方式時(shí)，在長度方向?qū)Τ尚渭]有限制，只要成形后的工件不與機(jī)架干涉，就可以成形長數(shù)米甚至達(dá)十多米的工件。 圖6-9 鳥巢工程用多點(diǎn)成形壓力機(jī)鳥巢建筑工程在施工時(shí)遇到多項(xiàng)技術(shù)難題，其中一大難題就是鳥巢建筑中大量使用的大型彎扭箱形鋼構(gòu)件需要成形。由于各構(gòu)件的彎扭形狀與尺寸都不一樣，所(a)成形過程 (b)成形后的鋼構(gòu)件用高強(qiáng)度鋼板的厚度從10mm變化到60mm，且形狀各異，成形相當(dāng)困難。如采用模具成形，模具費(fèi)用高昂；而采用水火彎板手工成形則不易保證成形精度，且(c)焊接的箱形單元 (d)鳥巢工程施工現(xiàn)場工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。采

27、用多點(diǎn)圖6-10 鳥巢工程用鋼構(gòu)件制造過程 成形技術(shù)圓滿解決了上述問題，不僅實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)整體模具成形相同的效果，節(jié)約了高額模具費(fèi)用，還顯著提高了成形效率。圖6-10所示為鳥巢工程用鋼構(gòu)件制造過程。圖6-11所示為飛機(jī)蒙皮拉形用多點(diǎn)調(diào)形設(shè)備，采用機(jī)械手調(diào)形，可以同時(shí)調(diào)整8個(gè)基本體單元；其成形尺寸為1200×800mm，共計(jì)使用1536個(gè)基本體單元，采用48×32布置方式，可成形板厚為15mm。該設(shè)備平均調(diào)形時(shí)間僅需20多分鐘，能實(shí)現(xiàn)不同曲面蒙皮件的快速制造。圖6-12為利用該設(shè)備調(diào)出的“和”字造型，體現(xiàn)了多點(diǎn)成形柔性、數(shù)字化的特點(diǎn)。13圖6-11飛機(jī)蒙皮用多點(diǎn)調(diào)形設(shè)備 圖6-12 利用多點(diǎn)調(diào)形設(shè)備調(diào)出的“和”字造型 飛機(jī)蒙皮件的成形需要大量的拉形模具，傳統(tǒng)的整體式拉形模的制造周期長、成本高。蒙皮件成形是影響飛機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵因素之一，也是飛機(jī)制造業(yè)數(shù)字化工程中的重大難點(diǎn)。采用數(shù)字化、柔性化的多點(diǎn)調(diào)形模具代替實(shí)體拉形模具，是解決飛機(jī)蒙皮件數(shù)字化成形的根本途徑。圖6-13 飛機(jī)蒙皮件多點(diǎn)拉形及部分拉形件 采用多點(diǎn)成形技術(shù)，一個(gè)新機(jī)型的蒙皮類零件可在數(shù)周內(nèi)完成從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的全過程，制造周期縮短為原來的數(shù)分之一。圖6-13所示為飛機(jī)蒙皮件多點(diǎn)拉形及部分拉