无模多点成形

数字化成性理论报告

金属板材三维曲面类零件因其面积比重量轻、材料省、受力状态好，往往作为主要零部件，在民用产品、军用产品以及现代高技术产品等许多制造领域广为应用。这些三维曲面类零件一般都是由轧制的二维平板坯料成形出来的，其传统的成形方法主要有整体模具成形与手工成形。但是由于模具制造费用昂贵，主要应用于大批量生产。而大尺寸、小批量的零件只能采用手工成形方法，如在造船行业，每一块船体外板形状都各不相同，并且都非批量生产，因此，广泛采用的是线加热成形方法（即水火加工方法）。但是手工成形方法成形质量差、生产效率低，而且劳动强度极大。

无模多点成形（(Multi-point Forming，简称MPF）【1】是板料三维曲面数字化成形新技术，其基本原理是有一系列规则排列的基本体点阵代替整体式冲压模具（即实现无模化），通过数字化调形系统调整基本体单元高度形成所需要的成

形面，实现板料的无模、快速、柔性化成形。

上图为多点成形示意图，与模具成形相比在模具成形中，板件由模具的形面来成形;而多点成形时则由基本体单元的包络面(或称成形曲面)来完成。多点成形方法与传统模具成形方法的主要区别就是它具有“柔性”特点，即可控制各基本体单元的高度。利用这个特点，既可以在成形前也可在成形过程中改变基本体的相对位移状态，从而不仅可以实现无模成形，还可以改变被成形件的变形路径

及受力状态，达到不同的成形结果。多点成形设备的这种柔性加工特点，比传统模具成形能为工件提供更多的变形路径，从而能够实现如分段成形、多道成形、闭环成形等诸多特色加工工艺。

目前，经过二十多年的研究，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，在与多点成形工艺相关的基础研究与开发应用方面实现了分段成形、多道成形、闭环成形及薄板成形等多种工艺方法，并且应用于实际生产中。

板料多点成形按成形原理可分为四种基本方式：多点模具成形、多点压力机成形、半多点模具成形及半多点压力机成形。而多点成形由于其成型的特殊性，成形的典型缺陷为：回弹、压痕、皱纹、直边效应等。压痕是多点成形方式中特有的不良现象，采用大半径的冲头，使用弹性垫以及改变冲头排列方式，可以抑制压痕的产生。对于起皱这种成形缺陷，可采用多点压力机成形方式改变板材变形路径，使各部位变形尽量均匀，从而抑制起皱。直边效应有其新的特点，在多点成形中，采用分段成形的方法可消除直边效应。回弹是板材成形中不可避免的现象，根据多点成形的柔性特点，采用反复成形的技术减小回弹，这种方法同时也降低了成形件内的残余应力。因此，根据多点成形的成形面可变的特点，采用变路径多点成形、分段成形、多道次成形等方法，不仅可以提高板材的成形能力，消除成形缺陷，还能实现小设备成形大尺寸零件。

现简述分段成形的原理及步骤：其原理是通过改变基本体群成形面的形状，在不分离工件的前提下，对大型工件逐段、分区域地分别成形，可以使用小设备成形大尺寸、大变形量的板件。分段成形时，多点成形面由有效成形区成形面与过渡区成形面组成。板料在有效成形区成形面压制后，达到成形件的目标形状。过渡区成形面并不是目标形状，板料经过渡区成形面压制后还不是最终形状，在下一步压制时需要进一步成形。如果过渡区成形面设计不合理就会产生各种成形缺陷，从而导致分段成形的失败。因此，过渡区成形面设计是分段成形最关键的技术问题。

多点成形中，利用多点成形面可变的柔性特点，可以将大变形分解为多次的小变形,依次改变多点成形面形状,进行多道成形。多道成形的实质是将一个较大的目标变形量分成多步,逐渐实现,用一步步的小变形,最终累积成所需的大变形。

成形路径设计是多道成形需要解决的关键技术。多道成形还可以用于实现变路径成形。采用多道成形的方法,沿着优化的变形路径进行板料成形,能够明显地抑制成形缺陷,提高材料的成形极限【2】。

目前，多点成形设备已经商品化、系列化。如具有柔性压边功能的630KN 薄板用多点成形压力机、柔性压边拉形用多点数字化拉形机等。多点成形技术在高速列车流线型车头制作、船体外板成形、建筑物内外饰板的成形及医学工程等多个领域中得到成功应用，尤其是在高速列车流线型车头制作、北京2008奥运会用国家体育馆——鸟巢建筑工程用箱型弯扭钢构件【3】加工过程及成形好的单元结构件钢板曲面成形等。

随着多点成形技术的应用更加广泛，多点成形技术也将向大型化、精密化及连续化【4】方向发展。

参考资料

[1] 李明哲,中村敬一,等.基本的な成形原理の检讨(板材多点成形法の研究第1报)[C].日本平成4年度塑性加工春季讲演会论文集,1992:519-522.

[2] 李明哲,蔡中义,刘纯国·板材反复多点成形中残余应力的研究·机械工程学报, 2000, 36 (1): 52~56

[3] 邓玉芳, 崔相吉,李明哲.无模多点成形机的发展与应用.机械工人，2007

[4] 李明哲,崔相吉等.多点成形技术的现状与发展趋势.CMET锻压设备与制造技术[J].2007年第五期.

数字化成性理论报告

姓名：韩广秘

学号：2009432011