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吉林大學無模成形技術開發(fā)中心 作者：韓奇鋼 三維曲面件廣泛應用于航空航天、高速鐵路、船舶艦艇、醫(yī)學工程、現(xiàn)代建筑等行業(yè)中，很多軍用或民用的重大項目及工程都需要能夠加工高質量三維曲面件的先進制造技術[1-2]。傳統(tǒng)的塑性成形技術因為需要使用生產(chǎn)周期很長、制造和調試費用很高的模具，限制了相關行業(yè)在產(chǎn)品多樣化、個性化以及更新升級等方面的發(fā)展。 本文來自123  內容來自123456
為替代塑性成形過程中使用的曲面成形用模具，眾多專家學者開展了與“柔性制造”技術相關的研究。現(xiàn)有的柔性制造技術主要有：應用在航空航天工業(yè)的噴丸成形[3-4]、應用在造船業(yè)的水火彎板[5] 以及單點漸進成形[6] 等，但存在生產(chǎn)效率低、工件成形精度低、過分依賴操作者經(jīng)驗以及成形板材厚度受限等問題。 本文來自123 多點成形將柔性制造和計算機技術結合為一體，基于離散思想，將實體模具離散為一系列規(guī)則排列的基本體單元，通過計算機控制各基本體單元高度，構造出成形面，實現(xiàn)板材的三維曲面成形。多點成形技術因其具有的獨特優(yōu)勢，已經(jīng)成為現(xiàn)代制造領域的重要研究方向[7]。 123456 吉林大學致力于多點成形技術在板料成形方面的研究與開發(fā)工作[8-9]，相繼研發(fā)出多點成形壓力機、多點數(shù)字化調形裝置、多點柔性拉伸成形機以及多點拉壓復合成形機，分別應用在船舶艦艇、醫(yī)學工程、航空航天、高速鐵路以及現(xiàn)代建筑等領域的三維曲面件成形。本文著重介紹多點數(shù)字化調形裝置、多點柔性拉伸成形機以及多點拉壓復合成形機研究工作方面的最新進展及相關設備的應用現(xiàn)狀。 copyright 123456 多點成形技術的研究進展 本文來自123 1 多點數(shù)字化調形裝置 123,123 多點數(shù)字化調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 型多點數(shù)字化調形裝置，該裝置由1200個基本體單元組成，每個基本體單元的尺寸為40mm×40mm，調整行程為400mm，基本體單元排列成30×40矩陣，其最大調形尺寸為1200mm×1600mm。 123,123 多點數(shù)字化調形裝置的調形方式主要有2種，一種是用機械手調整，在一個機械手上安裝若干個基本體調整裝置，每移動一次機械手可以對若干個基本體進行調整；此種方法制造成本低，但調形時間較長。另一種調形方式對所有基本體單元進行同時調整，即在每個基本體下方安裝一個電機控制基本體的位置；此種調形方式的調形速度很快，但制造成本高。 本文來自123 SM40型多點數(shù)字化調形裝置調形后的照片如圖2 所示，該裝置的每個基本體單元下面都安裝一個電機，通過計算機實現(xiàn)對基本體單元高度的同時控制，從而實現(xiàn)快速調形，可在5分鐘內完成一次調形。 copyright 123456 2 多點柔性拉伸成形機 123456
綜合運用多缸液壓系統(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理論，研發(fā)出具有獨立知識產(chǎn)權的多點柔性拉伸成形機。多點柔性拉伸成形機主要由多個夾料機構、多個拉料機構和機架組成；機架的兩側分別排列著一排多個夾料機構；每個夾料機構的夾料架設有聯(lián)接孔并通過萬向機構與多個拉料機構聯(lián)接，拉料機構的另一端與機架鉸接，如圖3所示。 內容來自123456
SF-1200 型多點柔性拉伸成形機的工作面寬度為1200mm，工作面最大長度為1600mm ；其夾料機構共有 20個，對稱分布在裝置兩側；一個夾料機構連接3個液壓缸，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。 123456
多點柔性拉伸成形機同一方向布置的一排多個液壓缸可以只用一個電磁換向閥控制，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液壓缸的拉伸力相同，使多點拉伸成形機實現(xiàn)自協(xié)調工作，提高板料成形質量，降低拉伸成形機的制造成本。多點柔性拉伸成形機的模具可以采用多點數(shù)字化調形裝置，從而降低模具設計與制造的成本與周期，也可以與實體模具配合使用。 123,123 3 多點拉壓復合成形機 123456 多點成形壓力機可以實現(xiàn)板料快速柔性成形，已經(jīng)應用在北京奧運會主場館——鳥巢建筑工程中的彎扭形鋼結構件的塑性成形、船體外板成形以及人腦顱骨修復體成形等多個領域。為進一步擴寬多點成形壓力機的適用范圍，將柔性拉伸成形技術與多點對壓成形技術相結合，開發(fā)出多點拉形與對壓復合成形機。 123456
多點拉形與對壓復合成形機的每個夾料機構通過萬向機構連接的液壓缸可以在板料拉伸成形時，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，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向機構隨動；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作用，共同完成板料包覆貼模，各液壓缸同時工作，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，進行對壓成形。 123,123 多點成形技術的應用現(xiàn)狀 本文來自123 1 多點數(shù)字化調形裝置 本文來自123
多點數(shù)字化調形裝置已經(jīng)應用在傳統(tǒng)拉伸成形機上，進行了蒙皮件成形，如圖5 所示。多點數(shù)字化調形裝置替代實體模具與傳統(tǒng)拉伸成形機組合使用，能夠有效地減少蒙皮件制造過程中因模具設計、制造和調試而增加的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時間。 123456 2 多點柔性拉伸成形機 本文來自123 使用多點柔性拉伸成形機與多點數(shù)字化調形裝置實現(xiàn)了不同材質、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，實現(xiàn)了一套設備加工不同尺寸和形狀的板料成形件，節(jié)約了大量模具費用，實現(xiàn)了板料無模、快速及柔性化成形，如圖6所示。 本文來自123 多點柔性拉伸成形機批量生產(chǎn)的蒙皮件，成功應用于我國新一代高速列車動車組中，如圖7 所示，保證了高速列車動車組制造項目的順利實施。 123,123 3 多點拉壓復合成形機 本文來自123 多點拉壓復合成形機因為具有多點對壓和多點拉伸成形功能，能夠加工出復雜形狀的三維曲面件。近期研制的多點拉壓復合成形機，解決了板材對壓成形過程中存在的起皺問題，加工出了高質量的三維曲面板材成形件。 123,123 123,123 結束語 內容來自123456 多點成形技術實現(xiàn)了三維曲面成形件的無模、快速、數(shù)字化及柔性化成形；滿足了很多制造領域在曲面成形方面的需求，具有廣闊的研究空間及應用前景。 內容來自123456
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