無(wú)模多點(diǎn)成形

1、數(shù)字化成性理論報(bào)告金屬板材三維曲面類(lèi)零件因其面積比重量輕、材料省、受力狀態(tài)好，往往作為主要零部件，在民用產(chǎn)品、軍用產(chǎn)品以及現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)品等許多制造領(lǐng)域廣為應(yīng)用。這些三維曲面類(lèi)零件一般都是由軋制的二維平板坯料成形出來(lái)的，其傳統(tǒng)的成形方法主要有整體模具成形與手工成形。但是由于模具制造費(fèi)用昂貴，主要應(yīng)用于大批量生產(chǎn)。而大尺寸、小批量的零件只能采用手工成形方法，如在造船行業(yè)，每一塊船體外板形狀都各不相同，并且都非批量生產(chǎn)，因此，廣泛采用的是線(xiàn)加熱成形方法（即水火加工方法）。但是手工成形方法成形質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度極大。無(wú)模多點(diǎn)成形（(Multi-point Forming，簡(jiǎn)稱(chēng)MPF）【1

2、】是板料三維曲面數(shù)字化成形新技術(shù)，其基本原理是有一系列規(guī)則排列的基本體點(diǎn)陣代替整體式?jīng)_壓模具（即實(shí)現(xiàn)無(wú)?；?，通過(guò)數(shù)字化調(diào)形系統(tǒng)調(diào)整基本體單元高度形成所需要的成 形面，實(shí)現(xiàn)板料的無(wú)模、快速、柔性化成形。上圖為多點(diǎn)成形示意圖，與模具成形相比在模具成形中，板件由模具的形面來(lái)成形;而多點(diǎn)成形時(shí)則由基本體單元的包絡(luò)面(或稱(chēng)成形曲面)來(lái)完成。多點(diǎn)成形方法與傳統(tǒng)模具成形方法的主要區(qū)別就是它具有“柔性”特點(diǎn)，即可控制各基本體單元的高度。利用這個(gè)特點(diǎn)，既可以在成形前也可在成形過(guò)程中改變基本體的相對(duì)位移狀態(tài)，從而不僅可以實(shí)現(xiàn)無(wú)模成形，還可以改變被成形件的變形路徑及受力狀態(tài)，達(dá)到不同的成形結(jié)果。多點(diǎn)成形設(shè)備的這種

3、柔性加工特點(diǎn)，比傳統(tǒng)模具成形能為工件提供更多的變形路徑，從而能夠?qū)崿F(xiàn)如分段成形、多道成形、閉環(huán)成形等諸多特色加工工藝。目前，經(jīng)過(guò)二十多年的研究，多點(diǎn)成形技術(shù)由早期的探索性研究與試驗(yàn)階段進(jìn)入了實(shí)際應(yīng)用階段，在與多點(diǎn)成形工藝相關(guān)的基礎(chǔ)研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)了分段成形、多道成形、閉環(huán)成形及薄板成形等多種工藝方法，并且應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。板料多點(diǎn)成形按成形原理可分為四種基本方式：多點(diǎn)模具成形、多點(diǎn)壓力機(jī)成形、半多點(diǎn)模具成形及半多點(diǎn)壓力機(jī)成形。而多點(diǎn)成形由于其成型的特殊性，成形的典型缺陷為：回彈、壓痕、皺紋、直邊效應(yīng)等。壓痕是多點(diǎn)成形方式中特有的不良現(xiàn)象，采用大半徑的沖頭，使用彈性墊以及改變沖頭排列方式，

4、可以抑制壓痕的產(chǎn)生。對(duì)于起皺這種成形缺陷，可采用多點(diǎn)壓力機(jī)成形方式改變板材變形路徑，使各部位變形盡量均勻，從而抑制起皺。直邊效應(yīng)有其新的特點(diǎn)，在多點(diǎn)成形中，采用分段成形的方法可消除直邊效應(yīng)?；貜検前宀某尚沃胁豢杀苊獾默F(xiàn)象，根據(jù)多點(diǎn)成形的柔性特點(diǎn)，采用反復(fù)成形的技術(shù)減小回彈，這種方法同時(shí)也降低了成形件內(nèi)的殘余應(yīng)力。因此，根據(jù)多點(diǎn)成形的成形面可變的特點(diǎn)，采用變路徑多點(diǎn)成形、分段成形、多道次成形等方法，不僅可以提高板材的成形能力，消除成形缺陷，還能實(shí)現(xiàn)小設(shè)備成形大尺寸零件?，F(xiàn)簡(jiǎn)述分段成形的原理及步驟：其原理是通過(guò)改變基本體群成形面的形狀，在不分離工件的前提下，對(duì)大型工件逐段、分區(qū)域地分別成形，可以使

5、用小設(shè)備成形大尺寸、大變形量的板件。分段成形時(shí)，多點(diǎn)成形面由有效成形區(qū)成形面與過(guò)渡區(qū)成形面組成。板料在有效成形區(qū)成形面壓制后，達(dá)到成形件的目標(biāo)形狀。過(guò)渡區(qū)成形面并不是目標(biāo)形狀，板料經(jīng)過(guò)渡區(qū)成形面壓制后還不是最終形狀，在下一步壓制時(shí)需要進(jìn)一步成形。如果過(guò)渡區(qū)成形面設(shè)計(jì)不合理就會(huì)產(chǎn)生各種成形缺陷，從而導(dǎo)致分段成形的失敗。因此，過(guò)渡區(qū)成形面設(shè)計(jì)是分段成形最關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。多點(diǎn)成形中，利用多點(diǎn)成形面可變的柔性特點(diǎn)，可以將大變形分解為多次的小變形,依次改變多點(diǎn)成形面形狀,進(jìn)行多道成形。多道成形的實(shí)質(zhì)是將一個(gè)較大的目標(biāo)變形量分成多步,逐漸實(shí)現(xiàn),用一步步的小變形,最終累積成所需的大變形。成形路徑設(shè)計(jì)是多道成

6、形需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。多道成形還可以用于實(shí)現(xiàn)變路徑成形。采用多道成形的方法,沿著優(yōu)化的變形路徑進(jìn)行板料成形,能夠明顯地抑制成形缺陷,提高材料的成形極限【2】。目前，多點(diǎn)成形設(shè)備已經(jīng)商品化、系列化。如具有柔性壓邊功能的630KN薄板用多點(diǎn)成形壓力機(jī)、柔性壓邊拉形用多點(diǎn)數(shù)字化拉形機(jī)等。多點(diǎn)成形技術(shù)在高速列車(chē)流線(xiàn)型車(chē)頭制作、船體外板成形、建筑物內(nèi)外飾板的成形及醫(yī)學(xué)工程等多個(gè)領(lǐng)域中得到成功應(yīng)用，尤其是在高速列車(chē)流線(xiàn)型車(chē)頭制作、北京2008奧運(yùn)會(huì)用國(guó)家體育館鳥(niǎo)巢建筑工程用箱型彎扭鋼構(gòu)件【3】加工過(guò)程及成形好的單元結(jié)構(gòu)件鋼板曲面成形等。隨著多點(diǎn)成形技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛，多點(diǎn)成形技術(shù)也將向大型化、精密化及連續(xù)化【4】方向發(fā)展。參考資料1 李明哲,中村敬一,等.基本的成形原理檢討(板材多點(diǎn)成形法研究第1報(bào))C.日本平成4年度塑性加工春季講演會(huì)論文集,1992:519-522.2 李明哲,蔡中義,劉純國(guó)·板材反復(fù)多點(diǎn)成形中殘余應(yīng)力的研究