无模多点成形机的相关情况

　　无模多点成形机是把塑性成形与计算机技术结合为一体的先进制造设备，适用于各种三维曲面板类件的成形。本文介绍了无模多点成形机的基本原理及发展过程;重点阐述了该设备在鸟巢建筑工程、流线型车头及医学工程等不同领域的应用实例;叙述了多点成形机的技术特点及优势。

　　随着生产力水平的不断提高及制造业的飞速发展，金属板类件制品的需求也在快速增长。机械制造、航空航天、船舶舰艇、各种车辆、压力容器乃至建筑装潢、城市雕塑等许多领域，对三维曲面板类件都有大量的需求。这些板类件的三维曲面成形通常要采用成形或手工制造的方式来实现。但模具的制造费用昂贵，加工周期较长，不利于产品的更新换代，制约着制造业的快速发展。而手工成形又存在质量差、效率低、劳动强度大等缺点。在市场竞争越来越激烈的今天，板类件的生产迫切需要快速柔性的先进制造设备。

　　无模多点成形机是把塑性成形技术和计算机技术结合为一体的先进制造设备。该设备可省去产品开发与制造过程中因模具设计、制造、调试和修改等复杂过程所耗费的时间和资金，显著缩短了研制及生产周期，对产品的更新换代能做出快速的响应。

　　一、基本原理及发展过程

　　1. 基本原理

　　无模多点成形机是以计算机辅助设计、辅助制造和辅助测试(cad/cam/cat) 技术为主要手段的高技术集成系统。其基本原理是把传统的整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的冲头群，各冲头的高度可由计算机随意控制，根据零件的目标形状调整冲头快速地构造出所需的成形曲面，从而实现板类件的快速、柔性和数字化成形。图1 所示为多点成形原理。

　　基本的无模多点成形设备由三大部分组成，即cad/cam 软件系统、计算机控制系统及多点成形主机( 如图2所示) 。其中，多点成形主机是多点成形系统的核心。而cad/cam 软件系统是根据成形件的目标形状进行几何造型及成形工艺计算等，并通过计算机控制系统调整冲头的高度位置，构造成形面，然后控制加载机构成形出所需的零件。由于成形面的重构过程及工艺参数的选择等均由计算机控制，因此多点成形过程容易实现自动化。如果结合针对成形结果的测量技术，还可实现闭环成形，进一步提高产品精度。

　　2. 发展过程

　　早在20世纪60年代就有日本人提出过与多点成形相关的思路，其原始思想是利用可以相互错动的“钢丝束集” 形成模具型面对板材实现压制与变形。20世纪70年代日本有很多企业与研究机构在这方面进行过大量的研究与试验。吉林大学李明哲教授于1992年在日本将这种板料成形方法命名为“多点成形( multipoint forming ，简称mpf) ” 法，并提出了成形原理不同的四种典型的多点成形基本方法。

　　近十余年来，吉林大学在多点成形方面进行了深层次的基础研究与产业化工作，并在多点成形基本理论、专用软件、实用技术等研究与开发方面取得了重大进展，解决了一系列关键技术，使多点成形技术由早期的探索性研究与试验阶段进入了实际应用阶段，实现了分段成形、闭环成形、薄板成形等多种工艺方法，并且已应用于多个领域的实际生产中。

　　在薄板成形方面取得的成果尤为突出，提出了柔性压边的概念，圆满地解决了薄板多点成形的技术难题，打破了国内外很多专家认为多点成形只能用于中厚板成形的框框。图3所示为采用柔性压边技术压制的薄板成形样件，其板料厚度为0.5mm;图4所示为人脸成形件。图5 所示为具有柔性压边功能的薄板用630kn多点成形机。该设备采用机械手进行调形，上下冲头群各采用40×32的布置方式，上、下各由1280个冲头组成，一次成形尺寸为400mm×320mm。该设备的特点是冲头的截面尺寸小，可以实现板料的精密成形，并且在上下冲头群的四周各布置40个压边用液压缸，能够实现柔性压边。