創(chuàng)新發(fā)展多點(diǎn)成形技術(shù)

    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(xiàng)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?yàn)樾枰褂蒙a(chǎn)周期很長(zhǎng)、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(gè)性化以及更新升級(jí)等方面的發(fā)展。

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為替代塑性成形過(guò)程中使用的曲面成形用模具，眾多專家學(xué)者開(kāi)展了與“柔性制造”技術(shù)相關(guān)的研究?，F(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(guò)分依賴操作者經(jīng)驗(yàn)以及成形板材厚度受限等問(wèn)題。 本文來(lái)自123

多點(diǎn)成形將柔性制造和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合為一體，基于離散思想，將實(shí)體模具離散為一系列規(guī)則排列的基本體單元，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制各基本體單元高度，構(gòu)造出成形面，實(shí)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(shì)，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(kāi)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(lái)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(gè)基本體單元組成，每個(gè)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(gè)機(jī)械手上安裝若干個(gè)基本體調(diào)整裝置，每移動(dòng)一次機(jī)械手可以對(duì)若干個(gè)基本體進(jìn)行調(diào)整；此種方法制造成本低，但調(diào)形時(shí)間較長(zhǎng)。另一種調(diào)形方式對(duì)所有基本體單元進(jìn)行同時(shí)調(diào)整，即在每個(gè)基本體下方安裝一個(gè)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(lái)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(gè)基本體單元下面都安裝一個(gè)電機(jī)，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)基本體單元高度的同時(shí)控制，從而實(shí)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(shí)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(gè)夾料機(jī)構(gòu)、多個(gè)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(gè)夾料機(jī)構(gòu)；每個(gè)夾料機(jī)構(gòu)的夾料架設(shè)有聯(lián)接孔并通過(guò)萬(wàn)向機(jī)構(gòu)與多個(gè)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(zhǎng)度為1600mm ；其夾料機(jī)構(gòu)共有 20個(gè)，對(duì)稱分布在裝置兩側(cè)；一個(gè)夾料機(jī)構(gòu)連接3個(gè)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(gè)液壓缸可以只用一個(gè)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(gè)液壓缸的拉伸力相同，使多點(diǎn)拉伸成形機(jī)實(shí)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(jì)與制造的成本與周期，也可以與實(shí)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(shí)現(xiàn)板料快速柔性成形，已經(jīng)應(yīng)用在北京奧運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館——鳥(niǎo)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(gè)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(duì)壓成形技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)出多點(diǎn)拉形與對(duì)壓復(fù)合成形機(jī)。

多點(diǎn)拉形與對(duì)壓復(fù)合成形機(jī)的每個(gè)夾料機(jī)構(gòu)通過(guò)萬(wàn)向機(jī)構(gòu)連接的液壓缸可以在板料拉伸成形時(shí)，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(shí)，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(wàn)向機(jī)構(gòu)隨動(dòng)；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(shí)作用，共同完成板料包覆貼模，各液壓缸同時(shí)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(duì)壓成形。 123,123

多點(diǎn)成形技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 本文來(lái)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(shí)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(guò)程中因模具設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試而增加的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間。 123456

2　 多點(diǎn)柔性拉伸成形機(jī) 本文來(lái)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(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)了板料無(wú)模、快速及柔性化成形，如圖6所示。

本文來(lái)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(guó)新一代高速列車動(dòng)車組中，如圖7 所示，保證了高速列車動(dòng)車組制造項(xiàng)目的順利實(shí)施。 123,123

3　多點(diǎn)拉壓復(fù)合成形機(jī) 本文來(lái)自123

多點(diǎn)拉壓復(fù)合成形機(jī)因?yàn)榫哂卸帱c(diǎn)對(duì)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(duì)壓成形過(guò)程中存在的起皺問(wèn)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(yǔ)

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多點(diǎn)成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)了三維曲面成形件的無(wú)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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