多点成形技术及其发展
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杆、伸缩套、挡板、过渡连接器、凸模头及压边装置组 成。这样的结构易于调整且能保证刚度、冲压成形质 量等。
1
2 3 4
5 6
7
8
1.支撑架
图 3 多点模具结构示意图 2.调位螺杆 3.伸缩套 4.挡板 5.过渡连接器
6.凸模头 7.压边机构 8.板料
2.1.2 多点模具成形的优缺点 多点模具装置简单，造价较低，不需要复杂的控
CAE/CAM/CAT 软件系统 ，其 [13] CAD 子系统可根据零
网 件的几何形状、材质、板厚等原始资料，采用 NURBS 方法进行曲面造型 ，进 [14] 行工艺设计与计算；CAE 子 系统基于弹塑性大变形有限元程序，可预测成形缺 陷，计算回弹，确定关键的工艺参数；CAM 子系统调节 多点成形主机的上下基本体群，构造柔性成形面，并 控制主机进行板材成形。 在多点成形理论方面，研究多点成形中典型不良 现象（压痕、皱纹、回弹、直边效应）的产生机理及抑制 中国方模法具。制提出造了业基第本一体门与户基本网体站群设计方法。多点成 形设备关键结构的设计方法和优化设计方法。 在实用技术开发方面，无缺陷弹性垫技术，可以 有效地抑制压痕，起皱等成形缺陷，使成形件的表面 质量大大提高；无回弹反复成形技术 ，减 [15] 小制件的 回弹及材料内部的残余应力，实现板材小回弹或无回 弹成形；分段成形技术，实现小设备成形大制件，并使 无模成形设备小型化；多道成形技术，对于变形量很 大的制件，选取最佳路径多道成形，使成形过程中板 材各部分变形尽量均匀，以消除起皱等成形缺陷，提 高板材的成形能力。闭环成形技术，经过反馈，多次 成形以达到精确的目标形状。 2.3.3 多点成形压力机优缺点 多点压机成形时，所有基本体均与板料保持接 触，载荷分布均匀，而且能够实现更有利于板料成形 的 变 形 路 径 ，所 以 能 使 压 痕 的 产 生 控 制 在 最 小 限 度。另外，由于所有基本体对板材约束充分，变形均 匀，可获得理想的成形效果，并能发挥出板材的最大 成形能力。但多点成形压力机设备昂贵，一般企业 难以承受这样高额的投入，并会增加产品成本，很难
制系统，可以满足简单少量产品的成形，符合一般企 业追Βιβλιοθήκη Baidu利益最大化的要求。在开发新产品、试制模具 等方面，可以大大缩短产品周期、节约开发成本。
《模具制造》2012 年第 5 期
但多点模具调形时，需要较长时间调整各基本 体，调整精度也不易保证。由于是点接触，易发生局 部变形，产生凸凹压痕和起皱现象。可通过使用弹性 垫控制这些不良现象。 2.2 半多点模具成形
备注
应用实例
SM150 型鸟巢工程用多点成形压力机
15,000 9×9 1,350×1,350 10.0～60.0
鸟巢工程钢构件成形
YAM-8 型 3150kN 快速调形多点成形压力机 3,150 25×18 1,000×720 3.0～15.0 一次调形时间：3~5min
SM25-1200 型多点成形压力机
· 49 ·
0573-84295530
嘉善
专 业 生 产 钢 球 保 持 架
电 话 ：
淮安仕泰隆国际工业博览城
全球招商热线：0517-86299999 网址：www.stlep.com
www.molds.cn
表 1 典型多点成形压力机技术参数[11~12]
压力机名称
最大成形 凸模群 有效成形 可加工板 压力/kN 布置方式 尺寸/mm 材厚度/mm
造、调试和保存所需的人力、物力和财力，显著地缩短 产品生产周期，降低生产成本，提高产品的竞争力。 与模具成形法相比，不但节省加工制造模具的费用， 而且节省大量的修模与调模时间。可采用反复成形 技术，消除材料内残余应力，并实现少回弹甚至无回 弹成形，保证工件的成形精度。采用分段成形技术， 连续逐次成形超过设备工作台尺寸数倍的大型件。 通过基本体调整，实时控制变形曲面，随意改变板材 的变形路径和受力状态，提高材料成形极限，实现难 加 工 材 料 的 塑 性 变 形 ，扩 大 加 工 范 围 。 实 现 CAD/ CAM/CAE 一体化生产，工作效率高。
与 多 点 模 具 相 似 ，但 只 调 整 一 半 的 基 本 体 高 度 。 成 形 前 ，只 需 调 整 上（或 下）基 本 体 群 高 度 ，而 下（或 上）基 本 体 群 高 度 则 采 用 液 压 油 缸 等 被 动 方 式控制。
半多点模具成形中凸模和板材的接触点增多，相 比多点模具成形变形比较均匀。但采用液压油缸进 行被动控制时，其载荷设定比较困难，容易在板材上 留下大的压痕，不可避免地产生由于载荷过大或过小 所引起的不良现象，需要适当地调整板材的载荷分 布，来改善成形效果。 2.3 多点压机成形
0.5～3.0
基本体横截面小，具有压 边装置
薄板成形
YAM-3 型 200kN 快速调形多点成形压力机 200
12×16 400×321 1.0～5.0 一次调形时间：1~2min 钛网板颅骨修复体成形
小型多点成形压力机
100
14×14 140×140 0.3～3.0
哈尔滨某公司办公楼装饰板
模 2.3.2 技术基础与水平 具 在设备方面，拥有国际领先水平的一体化 CAD/
上模 下模
上凸模基 本体群
凸模本基 体群
图 1 传统模具与多点成形基本原理
与传统模具相比，实现了无模成形。多点成形的 成形面由基本体凸模的包络面组成，各基本体的轴向 位置可独立地调节、改变成形件的变形路径及受力状 态，通过对各基本体运动的控制来构造出各种不同的 成形曲面，取代传统的整体模具，节省模具设计、制
淮安仕泰隆国际工业博览城
全球招商热线：0517-86299999 网址：www.stlep.com
www.molds.cn
多 点 成 形 技 术 及 其 发 展*
李 卉，刘 峰，龚 锐 湖北汽车工业学院材料工程系（湖北十堰 442002）
【摘要】多点成形技术是板材柔性成形的方式之一，可以快速、低成本、高质量的成形，提高
首先按所要成形零件的几何形状，调整各基本体 的位置坐标构造出无模成形面，然后按固定的多点模 具形状成形板材。成形面在板料成形过程中保持不 变，相邻基本体之间无相对移动。多点模具成形工作 过程如图 2 所示。
图 2 多点模具成形工作过程
2.1.1 多点模具结构 模具结构[9]如图 3 所示，主要由支撑架、调位螺
广泛地使用。 2.4 半多点压机成形
以减少高度调整的控制点数为目的。能单独调 整上（或下）模的基本体，控制其速度，调整开始与终 了状态，从而改变板材的变形路径；另一侧则采取被 动方式。
在半多点压机成形中，由于控制点数有所减少，从 而降低了复杂控制机构的制造成本。这种成形方法利 用高度可控一方能实现对成形有利的变形路径，但采 取被动方式的一侧由于载荷过大或过小容易引起不良 成形。由于这种方法很难设置同多点压机成形时最佳 变形路径相同的载荷，因此虽比半多点模具成形缺陷 少，但无法获得比多点压机成形更好的结果。
当今社会经济飞速发展，产品的更新换代非常迅 速，多点成形技术可以有效地实现快速、低成本、高质 量地开发新产品及小批量的生产，特别适合于三维曲 面板制件的多品种小批量生产及新产品的试制，所加 工的制件尺寸越大，其优越性越突出[5~6]。
* 基金项目：湖北省教育厅项目（B20102002），湖北汽 车工业学院 2010 年大学生创新性实验项目（SJ201015）。
【Abstract】 Multi-point forming technology is one of the flexible forming method for sheet
metal part, which can form fast, low-cost and high-quality to increase economic efficiency. This
3 应用
多点成形技术广泛应用于工业、建筑、交通运输、 医疗等多个领域。目前新型飞机蒙皮件、高速列车流 线型车头的外覆盖件、鸟巢钢构件、船体钛合金外板、 颅骨钛网修复体等成形都使用了多点成形技术[16]。
人脑颅骨受伤缺损后，需要植入钛网板修复体。 因每个人的头形各异，而且颅骨缺损部位也有区别， 钛合金颅骨修复体必须单独地制造，采用多点成形技 术制造颅骨修复体，2 小时就能完成，可以为患者节约 大量宝贵时间。图 5 是运用多点成形技术成形钛网板 颅骨修复体过程[17~19]。首先临床医生通过 X 射线得到 头骨缺损区域的三维图像数据，重建需修补的三维数 字区域模型，再将模型数据传输给多点成型设备以建 立多点成型模型，最后制造一个精确拟合的颅骨钛 网。目前，采用多点成形技术制造的颅骨修复体已成 功用于 800 多例临床手术中，中国也成为第一个掌握 颅骨修复体多点数字化成形技术的国家。
2,500 48×32 1,200×800 1.0～5.0 平均调形时间约需 30min 飞机蒙皮类零件的成形
YAM-5 型 2000kN 多点成形压力机
2,000 28×20 840×600 2.0～10.0
高速列车车头外覆盖件成形
YAM-3 型 630kN 薄板多点成形压力机
630
40×32
400×320
Key words: multi-point forming; multi-point die; multi-point press; development
中国模具制造业第一门户网站
1 引言
多点成形（multi-point forming）是一种将传统的 整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体 （凸模）群（见图 1），通过控制其轴向位置构造出成形 面，实现板材三维曲面的柔性成形方法[1~4]。
2 多点成形方式
根据基本体在成形中的移动状态，多点成形可分
· 48 ·
《模具制造》2012 年第 5 期
中国·昆山
正泰隆国际装备采购中心
全球招商热线：0512-57758888 网址：www.stljt.com
为 4 种类型：多点模具成形、半多点模具成形、多点压 机成形和半多点压机成形[7~8]。其中，多点模具和多点 压力机是最基本的形式。 2.1 多点模具成形
process research, development status of forming equipments and technology applications. By
analyzing the advantages and disadvantages of multi-point forming, explore the trend.
通过实时控制各基本体的运动，形成随时变化的 瞬时成形面。在成形过程中，各基本体随时运动，成 形面不断变化，上、下基本体始终与板材接触，夹持板 材进行成形。多点压机成形工作过程如图 4 所示。
图 4 多点压机成形过程
2.3.1 典型多点压机 吉林大学的李明哲教授对无模多点成形技术进
行了较为系统的研究[10]，自主设计并制造了具有国际 领先水平的无模多点成形设备，并已经运用于实际生 产。多点成形压力机由 CAD/CAE/CAM/CAT 于一体 的软件、工业控制计算机、自动控制装置、多点成形主 机组成。多点成形主机结构与多点模具结构相似，而 自动控制装置控制相对运动。多点成形没备可以自 动实现所需曲面的工艺计算、造型、基本体调整及基 本体位置和成形状态检验、成形过程回弹处理等功 能，可以精确制造各种产品。如表 1 是几款典型多点 成形压力机技术参数。
paper mainly introduced multi-point die forming method and multi-point press forming method. There are technical characteristics of multi-point sheet metal forming method，the forming
经济效益。本文主要介绍多点模具及多点压机两种成形方式，板料多点成形方法的技术
特点、成形工艺的研究现状、成形设备的开发现状以及成形技术的应用情况。通过分析多
模
点成形的优缺点，探讨其发展趋势。 关键词：多点成形；多点模具；多点压机；发展
具
中图分类号：TG385.2
文献标识码：B
网
Development of Multi-Point Forming Technology
1
2 3 4
5 6
7
8
1.支撑架
图 3 多点模具结构示意图 2.调位螺杆 3.伸缩套 4.挡板 5.过渡连接器
6.凸模头 7.压边机构 8.板料
2.1.2 多点模具成形的优缺点 多点模具装置简单，造价较低，不需要复杂的控
CAE/CAM/CAT 软件系统 ，其 [13] CAD 子系统可根据零
网 件的几何形状、材质、板厚等原始资料，采用 NURBS 方法进行曲面造型 ，进 [14] 行工艺设计与计算；CAE 子 系统基于弹塑性大变形有限元程序，可预测成形缺 陷，计算回弹，确定关键的工艺参数；CAM 子系统调节 多点成形主机的上下基本体群，构造柔性成形面，并 控制主机进行板材成形。 在多点成形理论方面，研究多点成形中典型不良 现象（压痕、皱纹、回弹、直边效应）的产生机理及抑制 中国方模法具。制提出造了业基第本一体门与户基本网体站群设计方法。多点成 形设备关键结构的设计方法和优化设计方法。 在实用技术开发方面，无缺陷弹性垫技术，可以 有效地抑制压痕，起皱等成形缺陷，使成形件的表面 质量大大提高；无回弹反复成形技术 ，减 [15] 小制件的 回弹及材料内部的残余应力，实现板材小回弹或无回 弹成形；分段成形技术，实现小设备成形大制件，并使 无模成形设备小型化；多道成形技术，对于变形量很 大的制件，选取最佳路径多道成形，使成形过程中板 材各部分变形尽量均匀，以消除起皱等成形缺陷，提 高板材的成形能力。闭环成形技术，经过反馈，多次 成形以达到精确的目标形状。 2.3.3 多点成形压力机优缺点 多点压机成形时，所有基本体均与板料保持接 触，载荷分布均匀，而且能够实现更有利于板料成形 的 变 形 路 径 ，所 以 能 使 压 痕 的 产 生 控 制 在 最 小 限 度。另外，由于所有基本体对板材约束充分，变形均 匀，可获得理想的成形效果，并能发挥出板材的最大 成形能力。但多点成形压力机设备昂贵，一般企业 难以承受这样高额的投入，并会增加产品成本，很难
制系统，可以满足简单少量产品的成形，符合一般企 业追Βιβλιοθήκη Baidu利益最大化的要求。在开发新产品、试制模具 等方面，可以大大缩短产品周期、节约开发成本。
《模具制造》2012 年第 5 期
但多点模具调形时，需要较长时间调整各基本 体，调整精度也不易保证。由于是点接触，易发生局 部变形，产生凸凹压痕和起皱现象。可通过使用弹性 垫控制这些不良现象。 2.2 半多点模具成形
备注
应用实例
SM150 型鸟巢工程用多点成形压力机
15,000 9×9 1,350×1,350 10.0～60.0
鸟巢工程钢构件成形
YAM-8 型 3150kN 快速调形多点成形压力机 3,150 25×18 1,000×720 3.0～15.0 一次调形时间：3~5min
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表 1 典型多点成形压力机技术参数[11~12]
压力机名称
最大成形 凸模群 有效成形 可加工板 压力/kN 布置方式 尺寸/mm 材厚度/mm
造、调试和保存所需的人力、物力和财力，显著地缩短 产品生产周期，降低生产成本，提高产品的竞争力。 与模具成形法相比，不但节省加工制造模具的费用， 而且节省大量的修模与调模时间。可采用反复成形 技术，消除材料内残余应力，并实现少回弹甚至无回 弹成形，保证工件的成形精度。采用分段成形技术， 连续逐次成形超过设备工作台尺寸数倍的大型件。 通过基本体调整，实时控制变形曲面，随意改变板材 的变形路径和受力状态，提高材料成形极限，实现难 加 工 材 料 的 塑 性 变 形 ，扩 大 加 工 范 围 。 实 现 CAD/ CAM/CAE 一体化生产，工作效率高。
与 多 点 模 具 相 似 ，但 只 调 整 一 半 的 基 本 体 高 度 。 成 形 前 ，只 需 调 整 上（或 下）基 本 体 群 高 度 ，而 下（或 上）基 本 体 群 高 度 则 采 用 液 压 油 缸 等 被 动 方 式控制。
半多点模具成形中凸模和板材的接触点增多，相 比多点模具成形变形比较均匀。但采用液压油缸进 行被动控制时，其载荷设定比较困难，容易在板材上 留下大的压痕，不可避免地产生由于载荷过大或过小 所引起的不良现象，需要适当地调整板材的载荷分 布，来改善成形效果。 2.3 多点压机成形
0.5～3.0
基本体横截面小，具有压 边装置
薄板成形
YAM-3 型 200kN 快速调形多点成形压力机 200
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100
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模 2.3.2 技术基础与水平 具 在设备方面，拥有国际领先水平的一体化 CAD/
上模 下模
上凸模基 本体群
凸模本基 体群
图 1 传统模具与多点成形基本原理
与传统模具相比，实现了无模成形。多点成形的 成形面由基本体凸模的包络面组成，各基本体的轴向 位置可独立地调节、改变成形件的变形路径及受力状 态，通过对各基本体运动的控制来构造出各种不同的 成形曲面，取代传统的整体模具，节省模具设计、制
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多 点 成 形 技 术 及 其 发 展*
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【摘要】多点成形技术是板材柔性成形的方式之一，可以快速、低成本、高质量的成形，提高
首先按所要成形零件的几何形状，调整各基本体 的位置坐标构造出无模成形面，然后按固定的多点模 具形状成形板材。成形面在板料成形过程中保持不 变，相邻基本体之间无相对移动。多点模具成形工作 过程如图 2 所示。
图 2 多点模具成形工作过程
2.1.1 多点模具结构 模具结构[9]如图 3 所示，主要由支撑架、调位螺
广泛地使用。 2.4 半多点压机成形
以减少高度调整的控制点数为目的。能单独调 整上（或下）模的基本体，控制其速度，调整开始与终 了状态，从而改变板材的变形路径；另一侧则采取被 动方式。
在半多点压机成形中，由于控制点数有所减少，从 而降低了复杂控制机构的制造成本。这种成形方法利 用高度可控一方能实现对成形有利的变形路径，但采 取被动方式的一侧由于载荷过大或过小容易引起不良 成形。由于这种方法很难设置同多点压机成形时最佳 变形路径相同的载荷，因此虽比半多点模具成形缺陷 少，但无法获得比多点压机成形更好的结果。
当今社会经济飞速发展，产品的更新换代非常迅 速，多点成形技术可以有效地实现快速、低成本、高质 量地开发新产品及小批量的生产，特别适合于三维曲 面板制件的多品种小批量生产及新产品的试制，所加 工的制件尺寸越大，其优越性越突出[5~6]。
* 基金项目：湖北省教育厅项目（B20102002），湖北汽 车工业学院 2010 年大学生创新性实验项目（SJ201015）。
【Abstract】 Multi-point forming technology is one of the flexible forming method for sheet
metal part, which can form fast, low-cost and high-quality to increase economic efficiency. This
3 应用
多点成形技术广泛应用于工业、建筑、交通运输、 医疗等多个领域。目前新型飞机蒙皮件、高速列车流 线型车头的外覆盖件、鸟巢钢构件、船体钛合金外板、 颅骨钛网修复体等成形都使用了多点成形技术[16]。
人脑颅骨受伤缺损后，需要植入钛网板修复体。 因每个人的头形各异，而且颅骨缺损部位也有区别， 钛合金颅骨修复体必须单独地制造，采用多点成形技 术制造颅骨修复体，2 小时就能完成，可以为患者节约 大量宝贵时间。图 5 是运用多点成形技术成形钛网板 颅骨修复体过程[17~19]。首先临床医生通过 X 射线得到 头骨缺损区域的三维图像数据，重建需修补的三维数 字区域模型，再将模型数据传输给多点成型设备以建 立多点成型模型，最后制造一个精确拟合的颅骨钛 网。目前，采用多点成形技术制造的颅骨修复体已成 功用于 800 多例临床手术中，中国也成为第一个掌握 颅骨修复体多点数字化成形技术的国家。
2,500 48×32 1,200×800 1.0～5.0 平均调形时间约需 30min 飞机蒙皮类零件的成形
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630
40×32
400×320
Key words: multi-point forming; multi-point die; multi-point press; development
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1 引言
多点成形（multi-point forming）是一种将传统的 整体模具离散成一系列规则排列、高度可调的基本体 （凸模）群（见图 1），通过控制其轴向位置构造出成形 面，实现板材三维曲面的柔性成形方法[1~4]。
2 多点成形方式
根据基本体在成形中的移动状态，多点成形可分
· 48 ·
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为 4 种类型：多点模具成形、半多点模具成形、多点压 机成形和半多点压机成形[7~8]。其中，多点模具和多点 压力机是最基本的形式。 2.1 多点模具成形
process research, development status of forming equipments and technology applications. By
analyzing the advantages and disadvantages of multi-point forming, explore the trend.
通过实时控制各基本体的运动，形成随时变化的 瞬时成形面。在成形过程中，各基本体随时运动，成 形面不断变化，上、下基本体始终与板材接触，夹持板 材进行成形。多点压机成形工作过程如图 4 所示。
图 4 多点压机成形过程
2.3.1 典型多点压机 吉林大学的李明哲教授对无模多点成形技术进
行了较为系统的研究[10]，自主设计并制造了具有国际 领先水平的无模多点成形设备，并已经运用于实际生 产。多点成形压力机由 CAD/CAE/CAM/CAT 于一体 的软件、工业控制计算机、自动控制装置、多点成形主 机组成。多点成形主机结构与多点模具结构相似，而 自动控制装置控制相对运动。多点成形没备可以自 动实现所需曲面的工艺计算、造型、基本体调整及基 本体位置和成形状态检验、成形过程回弹处理等功 能，可以精确制造各种产品。如表 1 是几款典型多点 成形压力机技术参数。
paper mainly introduced multi-point die forming method and multi-point press forming method. There are technical characteristics of multi-point sheet metal forming method，the forming
经济效益。本文主要介绍多点模具及多点压机两种成形方式，板料多点成形方法的技术
特点、成形工艺的研究现状、成形设备的开发现状以及成形技术的应用情况。通过分析多
模
点成形的优缺点，探讨其发展趋势。 关键词：多点成形；多点模具；多点压机；发展
具
中图分类号：TG385.2
文献标识码：B
网
Development of Multi-Point Forming Technology