多點(diǎn)成形技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

1、多點(diǎn)成形技術(shù)的開展和應(yīng)用摘要：多點(diǎn)成型技術(shù)是模具可重構(gòu)技術(shù)的一種，由于其重構(gòu)特性，可以實(shí)現(xiàn)任意造型的板材加工，大大降低模具本錢，便于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的數(shù)字加工。因此其在各行業(yè)尤其是造船業(yè)意義重大，是最有潛力代替目前造船業(yè)的瓶頸水火彎板的技術(shù)。本文詳細(xì)介紹了多點(diǎn)成形技術(shù)的組成，根本體群、調(diào)形系統(tǒng)、成形方式、加工缺陷以及多點(diǎn)成型技術(shù)的應(yīng)用前景。論文關(guān)鍵詞：多點(diǎn)成形,船體外板,成形加工,根本體群,調(diào)形方式0、引言隨著現(xiàn)代工業(yè)的開展,金屬板材成形件的需求量越來越大要求越來越高。特別是船舶制造領(lǐng)域由于船體曲面復(fù)雜，外板的大小、形狀多變?cè)诂F(xiàn)代化的生產(chǎn)制造中急需板材加工的高質(zhì)量自動(dòng)化數(shù)字化，現(xiàn)在通用的憑工人經(jīng)驗(yàn)的水

2、火彎板技術(shù)已成為現(xiàn)代化造船的瓶頸。因此開發(fā)一種便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的方法，提高生產(chǎn)效率和加工精度的生產(chǎn)方式意義重大。多點(diǎn)成形技術(shù)很好地解決了這方面的問題。1、金屬板材多點(diǎn)成形技術(shù)多點(diǎn)成形通過根本體的有序排列從而形成成形包絡(luò)面。同一側(cè)根本體的排列一般方格式排列，簡(jiǎn)單均勻規(guī)那么。以往國(guó)外的研究均采用如圖3a非接觸型【4】。在成型三位曲面時(shí)必定會(huì)對(duì)根本體產(chǎn)生側(cè)向力。這會(huì)使得根本體位置精度降低影響成型精度，降低根本體壽命。圖3根本體排列方式另外一種是滑動(dòng)接觸型如圖3b，這種接觸排列使相鄰根本體能夠相互支撐，增加根本體的剛度防止水平方向上根本體的彎曲變形，保證了根本體的位置精度，提高了根本體的壽命，有利于提高

3、工件的成型精度降低缺陷的產(chǎn)生。 上下根本體點(diǎn)陣的位置關(guān)系有兩種。一種是對(duì)齊型圖4a即上下根本體一一對(duì)應(yīng)其優(yōu)點(diǎn)是上下根本體排列一樣設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而且減少了自動(dòng)控制的計(jì)算量，但易產(chǎn)生皺褶。其根本體行列數(shù)與根本體利用率如圖5。由圖可知根本體行列數(shù)為10左右為最正確選擇區(qū)。圖4上下根本體排列方式圖5根本體行列數(shù)與利用率關(guān)系另一種是錯(cuò)移型，其根本體位置關(guān)系如圖4b上下根本位置不同從而使得設(shè)計(jì)、制造及自動(dòng)控制較上一種復(fù)雜，但它的優(yōu)點(diǎn)是能使板材處于較好受力狀態(tài)。同時(shí)根本體所圍空隙中的板材受到了約束，有效防止了其由于受壓應(yīng)力產(chǎn)生皺褶缺陷的可能。一般根本體行列數(shù)也是選10左右為最正確選擇區(qū)。多點(diǎn)成型工件的主要缺陷是壓

4、痕和失穩(wěn)【5】，由于薄鋼板剛度較差故易在板料和凸模接觸處產(chǎn)生變形。所以當(dāng)其他條件一樣時(shí)板材越厚壓痕越少，另一方面板厚一定時(shí)工件曲率半徑越小處壓痕越嚴(yán)重。失穩(wěn)主要產(chǎn)生折線和皺紋兩種缺陷，其產(chǎn)生原因是板料與根本體接觸面積小。因此板料的約束越少，失穩(wěn)缺陷越大。另一方面，板料越薄變形程度越大都會(huì)使失穩(wěn)更嚴(yán)重。根本體端部為球形的多點(diǎn)成型機(jī)多采用加彈性墊的方式來增加板料與根本體的接觸面積改善壓痕與失穩(wěn)缺陷，如圖6。根本體端部為方形壓頭的多點(diǎn)成型機(jī)由于有效地增大了根本體與板料的接觸面，假設(shè)再加上采用錯(cuò)移形排列使個(gè)根本體均得到對(duì)側(cè)三個(gè)根本體的支撐，如武漢理工大學(xué)與山東碩力機(jī)械合作研制的船用鋼板三維數(shù)字加工機(jī)可

5、不加彈性墊也能得到光滑的成型面。另外，采用逐次成型法可減小每次板材壓型的變形量也有利于降低工件缺陷的產(chǎn)生。 壓痕例如失穩(wěn)例如圖6 圖7 串行調(diào)形機(jī)構(gòu)2.2 調(diào)形系統(tǒng)最早采用的是串行調(diào)形又稱機(jī)械手調(diào)形。機(jī)構(gòu)如圖7，包括：調(diào)壓電磁鐵1、動(dòng)板2、花鍵軸3、柔性夾頭4、彈簧5、固定板6。它通過電磁鐵控制柔性夾頭來調(diào)節(jié)根本體。很顯然串行調(diào)性依次對(duì)每個(gè)根本體的高度進(jìn)行調(diào)整效率低、時(shí)間長(zhǎng)。后來的改良型是每個(gè)機(jī)械手帶四個(gè)夾頭，使得機(jī)械手每移動(dòng)一次可調(diào)整四個(gè)根本體。由于其固有缺點(diǎn)所以隨著并行調(diào)形的出現(xiàn)其使用越來越少。并行調(diào)形中每個(gè)根本體具有獨(dú)立的調(diào)整裝置和控制單元，每個(gè)根本體由方體，絲桿，微型電機(jī)，傳動(dòng)裝置和控

6、制單元構(gòu)成。控制單元以單片機(jī)為核心內(nèi)容。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，通過監(jiān)測(cè)電動(dòng)機(jī)使其在根本體到達(dá)目標(biāo)位置后停轉(zhuǎn)，完成調(diào)形。由于并行調(diào)形所有根本體是同時(shí)調(diào)整，不僅單體調(diào)形速度較串行快，而且整個(gè)根本體群調(diào)形時(shí)間不隨根本體數(shù)量的增加而增加，故效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于串行調(diào)形。因此得到了廣泛使用，逐漸取代了串行調(diào)形。其原理是在每個(gè)根本體上做一個(gè)液壓缸，通過控制每個(gè)液壓缸的油液流向和流量來控制根本體的調(diào)形。在并行調(diào)形的加工機(jī)中有一套液壓加載系統(tǒng)，和上下兩套電機(jī)調(diào)形系統(tǒng)，液壓調(diào)形那么將三者合為一體。這種方式下各根本體也是同時(shí)調(diào)形故效率較高。如上根本體群采用液壓調(diào)形下根本體采用并行調(diào)形。下根本體群在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下調(diào)到目標(biāo)形狀

7、，上根本體群再統(tǒng)一加載，由于各工作缸是并聯(lián)所以在加壓成型過程中上根本體群也會(huì)變成目標(biāo)形狀，最終完成工件成型。應(yīng)用這種方式可使上根本體群的控制結(jié)構(gòu)比應(yīng)用串行、并行、純液壓調(diào)形結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。2.3 加載加載方式有兩種，一種是壓力機(jī)中的液壓作用于根本體群的板架，使整個(gè)根本體群壓向板料。這種方式又有加載上根本體群和加載下根本群兩種選擇。另一種是在加載一側(cè)根本體群中應(yīng)用液壓調(diào)形實(shí)現(xiàn)加載和調(diào)形兩種功能。其特點(diǎn)是加載和調(diào)形合為一個(gè)機(jī)構(gòu)完成，簡(jiǎn)化了加工機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)。3 成型方式3.1閉環(huán)成型在鋼板3D曲面造型中，有許多對(duì)其精度有影響的因素，很難通過一次加工得到精確的合格產(chǎn)品。閉環(huán)成型那么在工件進(jìn)行了一次

8、成型后，測(cè)量其曲面形狀，根據(jù)與目標(biāo)形狀的幾何誤差，調(diào)節(jié)根本尺寸再次進(jìn)行成型加工，直到工件形狀與目標(biāo)形狀一致。閉環(huán)成形保證了加工工件的尺寸精度。3.2分段成型分段成形【7】就是把工件在不別離的情況下分成假設(shè)干個(gè)成型區(qū)域分別成型，這種方法擴(kuò)大了一定大小加工機(jī)的加工尺寸范圍，大大降低了生產(chǎn)本錢，也提高了板材的成型效率。的的劇烈變形是保證分段成形質(zhì)量的關(guān)鍵。變形區(qū)分布如圖8。 1-強(qiáng)制變形區(qū)；2-過渡區(qū)；3-未變形區(qū)重疊區(qū)域成型方法，在前后兩局部壓制區(qū)間留出一定的重疊區(qū)域，這種方法能夠防止成型不充分，但過渡區(qū)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)強(qiáng)烈的塑性變形，一旦產(chǎn)生后，就很難消除。為了防止上述缺陷，采用過渡變形協(xié)調(diào)方法，通過

9、預(yù)置合理的成型路徑，防止加工硬化。此外，多道成型方法也是消除局部塑性變形的另一類方式，把工件進(jìn)行多道分段壓制，因?yàn)樽冃瘟繙p小，防止了局部劇烈變形的出現(xiàn)。但由于多道次緣故，大大降低了成型效率。另外還可以使用組合成形即綜合使用幾種上述方法，防止過渡區(qū)的劇烈變形，但其控制比擬復(fù)雜。3.3多點(diǎn)與漸進(jìn)成形的結(jié)合目前有兩種復(fù)合方法：第一種是先在多點(diǎn)成形壓力機(jī)上預(yù)成形，再將預(yù)成形板料在數(shù)控加工設(shè)備上進(jìn)行精確逐漸成形。這種方法不需要對(duì)多點(diǎn)成形機(jī)提出太多的精度要求，又能大大提高逐漸成形的加工效率和精度。第二種是用下根本體群作逐進(jìn)成形的支撐模具。這種方法可將多點(diǎn)成形機(jī)和逐進(jìn)成形數(shù)控裝控各取一局部拼合成一種機(jī)器?？?/p>

10、免去支撐模具的制造，降低生產(chǎn)本錢，提高生產(chǎn)效率，較適用于形狀復(fù)雜的三維曲面零件。4、應(yīng)用狀況上世紀(jì)較早根據(jù)可重構(gòu)模具原理東德和日本等研制的多壓頭式數(shù)控彎板機(jī)設(shè)備由于技術(shù)困難，成形質(zhì)量不佳均未成功。日本研制的多點(diǎn)壓力機(jī)也僅停留在研制和成形試驗(yàn)層面，后來我國(guó)吉林大學(xué)在2000年研制成功多點(diǎn)成形機(jī)，其無模成形技術(shù)開發(fā)中心隨后開發(fā)出一系列商用多點(diǎn)成形設(shè)備，如YAM系列，成形壓力由200kN到20000kN。成功應(yīng)用于高速列車車頭外覆蓋件，樓宇裝飾板，醫(yī)用顱骨的生產(chǎn)成形，鳥巢主桁架構(gòu)件的加工。武漢理工大學(xué)與山東碩力機(jī)械聯(lián)合成功研制出船舶三維數(shù)控彎板機(jī)。該機(jī)首次開發(fā)應(yīng)用了方形壓頭，解決了起皺和壓痕的問題，使用液壓調(diào)形優(yōu)化了結(jié)構(gòu)和性能，其加工出的船用板材如帆形板、馬鞍形板到達(dá)了船用板的加工要求。相信船舶三維數(shù)控彎板機(jī)的推廣應(yīng)