无模多点成形

无模多点成形技术在双曲面铝单板加工设备中的研究及应用发表时间：2018-10-25T11:02:02.770Z 来源：《防护工程》2018年第13期作者：钟锦[导读] 随着建筑外观的不断发展及变化，双曲面铝单板作为建筑幕墙装饰材料之一，应用越来越广泛钟锦佛山市保利来建材实业有限公司 528000摘要：随着建筑外观的不断发展及变化，双曲面铝单板作为建筑幕墙装饰材料之一，应用越来越广泛，铝单板的双曲面一般采用手工或半手工加工成形。

本文对幕墙装饰铝单板的产品特点进行分析，根据无模多点成形技术的原理，提出一种适用于双曲面铝单板加工的无模多点成形设备冲头群组结构。

关键词：双曲面铝单板；板材成形；群组结构；成形缺陷随着世界经济的发展，人类对房地产及建筑大楼的功能、外观、设计风格要求越来越高，因而现代高端建筑的外观多采用艺术造型，摆脱过时的建筑样式的束缚，放手创造新的建筑风格。

带艺术造型的建筑外观设计，多采用双曲面来实现，而铝合金板材其成形性、可焊性和耐蚀性均佳，经氟碳喷涂表面处理后的铝单板耐候性、保色性强，同时存在重量轻轻易于施工安装、强度够及耐火性能强等优点，固铝单板成为带有双曲面外观设计建筑装饰的主要材料之一。

双曲面或称：三维曲面、自由曲面，其表面曲率从任意方向都是变化的，且无严格规律。

1.背景技术幕墙装饰用双曲面铝单板一般都不成批量，以单件小批量产品为主，如采用模具成形不但成本高，而且产品变化时模具就需要更换，缺乏柔性，极大地延长了产品生产周期。

因此，一般情况下双曲面板采用手工或半手工成形，手工成形存在质量差、精度低、效率低及劳动强度大等缺点，且加工出来的产品达不到理想的表面外观，难以满足高端市场对产品的要求。

2.研究方向采用无模多点成形技术，可以有效的规避模具及手工制造的弊端。

无模多点成形是利用高度可调节的数控液压加载基本群体单元形成离散曲面，进行多点压延的加工技术，将柔性制造技术和计算机控制技术合为一体。

1无模多点数字化成形技术与装备多点数字化成形是一种先进的板类件三维曲面成形技术。

该技术利用计算机控制很多可调整高度的基本体，形成所需的成形曲面，代替模具实现板材快速、柔性成形。

具有实现无模成形、改善变形条件、无回弹成形、小设备成形大型件、CAD/CAM/CAT一体化等特点。

多点数字化成形设备特别适用于尺寸多变、批量不大的大型板材曲面零件的生产，使生产简单化、柔性化，实现零件的快速制造。

多点成形设备的加工范围广、零件的成形精度高、成形质量好，可广泛用于飞机蒙皮、船体外板、车辆覆盖件、医学工程、压力容器、建筑装饰、城市雕塑等领域中各种曲面零件的制造。

传统的模具成形方式制造成本高，手工加工的质量难以保证。

多点成形设备不需模具，功能全、性能好，市场前景非常广阔。

用户购置该设备后，可节省大量的模具材料及模具制造费用，并可提高工效数十倍，缩短研制及生产周期，对产品的更新换代做出快速响应，取得显著的经济效益。

2多点数字化拉形技术多点数字化拉形技术是将传统的整体拉形模具离散成规则排列的基本体点阵，形成数字化控制的多点模具，实现不同形状蒙皮件的数字化制造。

吉林大学已经开发出尺寸为1200×800mm的多点数字化拉形装置，成形出多种合格的蒙皮件，取得了良好的效果。

该装置由1536个基本体单元构成，具有八轴伺服控制系统，可同时调整6个基本体单元。

这是目前正在运行的欧盟第六框架协议计划“基于多点成形方法的飞机蒙皮制造用数字化调整装置”国际合作项目的重要成果之一。

3液态道路沥青软包装成套设备及新型沥青包装袋液态道路沥青软包装技术是“七五”国家重点科技攻关项目，于1991年2月通过国家鉴定验收，并获国家科技攻关成果二等奖。

94年获交通部科技进步二等奖，95年获国家科技进步三等奖，该项目92年列入交通部重点推广项目，93年列入国家重点推广项目，它完美地解决了长期困扰我国的道路沥青包装、贮藏和运输的一大难题。

液态道路沥青软包装线是将温度在≤200℃时的道路沥青，灌装在特种材料经过特殊工艺加工制成的软包装复合袋中的机械设备。

无模成形技术简介1.引言无模成形是以计算机为主要手段，利用多点成形或增量成形的方法，实现板料的无模具塑性成形的先进智能化制造技术。

金属板料成形在制造业中有着十分重要的地位，该技术广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件和家电等生产行业，但传统的金属板料加工工艺都离不开模具，采用模具成形生产周期长，而且缺乏柔性，产品变化时就需要重新更换模具，这就延长了新产品的开发周期。

而现代社会产品的更新换代非常迅速，如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，是企业生存和发展的关键。

为此，国内外许多学者都在致力于板料塑性成形新技术的研究，努力实现金属板料快速高效的柔性冲压和无模成形，以适应现代制造业产品快速更新的市场竞争需要。

2.研究概况国内外许多学者都对板料塑性成形新技术进行了大量的研究，从无模多点成形和数字化渐进成形到喷丸成形、爆炸成形、激光热应力成形和激光冲击成形等，并取得了一定的成果。

2.1 无模多点成形无模多点成形是利用高度可调节的数控液压加载单元（基本群体）形成离散曲面，来替代传统模具进行三维曲面成形的方法，是一种多点压延加工技术。

此法特别适合于多品种小批量生产，体现了敏捷制造的理念。

目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑内外饰板成形及医学工程等领域，得到广泛应用。

与传统模具成形方法相比，其主要区别就是他具有“柔性”，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，从而改变被成形件的变形路径及受力状态，以达到不同的成形效果。

图2-1 为传统模具成形与多点成形的比较。

图 2-2 为多点模具成形的过程。

图 2-1 模具成形与多点成形的比较图 2-2 多点模具成形过程20 世纪 70 年代，日本造船界开始研究多点成形压力机，并成功应用于船体外板的曲面成形。

此后许多学者为开发多点成形技术进行了大量的探讨与研究，制作了不同的样机，但大多只能进行变形量较小的整体变形。

吉林大学李明哲等人对无模多点成形技术进行了较为系统的研究，已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，2002 年底，李教授组建了产学研实体：长春瑞光科技有限公司。

板材无模多点成形技术
李明哲;刘纯国
【期刊名称】《机电信息（北京）》
【年(卷),期】1998(000)004
【摘要】无模多点成形是由可调整高度的基本体群随意形成各种曲面形状进行板材三维曲面成形的先进制造技术。

板材无模多点成形设备是以计算机辅助设计、辅助制造、辅助测试(CAD/CAM/CAT)技术为主要手段的柔性锻压设备。

它利用计算机控制基本体的高度来形成所需要的曲面形状,不用模具实现板材的自动无模成形,而且,利用分段多点成形法可以实现用小设备成形大型件。

【总页数】3页(P18-20)
【作者】李明哲;刘纯国
【作者单位】吉林工业大学;吉林工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TG306
【相关文献】
1.无模多点成形技术——板材成形的新理念 [J], 李东平;李东成
2.“板材无模多点成形装置”技术获中国专利金奖 [J],
3.钛合金板材无模多点成形试验研究 [J], 卜敏;赵升吨;孟祥军
4.金属板材无模多点成形专用/CAM与CAT软件的开发 [J], 李明哲;苏世忠;李广权;陈建军;傅沛福
5.L_2Y_2铝板材无模多点成形的质量控制 [J], 程万军;李明哲;付沛福
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多点成形技术及设备介绍吉林大学无模成形技术开发中心长春瑞光科技有限公司一、多点成形技术简介多点成形是金属板材三维曲面成形的全新技术，是对传统板料生产方式的重大变革。

其原理是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（或称冲头）。

在整体模具成形中，板材由模具曲面来成形，而多点成形中则由基本体群冲头的包络面（或称成形曲面）来完成，如图1-1所示。

相当于重新构造了成形模具，由此体现了多点成形的柔性特点。

调节基本体行程需要专门的调整机构，而板材成形又需要一套加载机构，以上、下基本体群及这两种机构为核心就构成了多点成形压力机。

一个基本的多点成形装备应由三大部分组成，即CAD软件系统、控制系统及多点成形主机，如图1-2所示。

CAD软件系统根据要求的成形件目标形状进行几何造型、成形工艺计图1-2 多点成形系统的基本构成算，将数据文件传给控制系统，控制系统根据这些数据控制压力机的调整机构，构造基本体群成形面，然后控制加载机构成形出所需的零件产品。

二、技术先进性与应用领域在多点成形装备中，基本体群及由其形成的“可变模具”是多点成形压力机的主要组成部分。

从这个意义上讲，“多点成形”也可称为“无模成形”。

这种成形装备具有很多传统成形方式无法比拟的优点，其先进性主要表现为：1）实现无模成形，不需另外配置模具。

因此，不存在模具设计、制造及调试费用的问题。

与整体模具成形方法相比节省了大量的资金与时间；更重要的是过去因模具造价太高而不得不采用手工成形的单件、小批零件的生产，在此系统上可完全实现规范的自动成形。

无疑，这将大大提高成形质量。

2）该技术由基本体群的冲头包络面成形板材，而成形面的形状可通过对各基本体运动的实时控制自由地构造出来，甚至在板材成形过程中都可随时进行调整。

因而，板材成形路径是可以改变的，这也是整体模具成形无法实现的功能。

结合有效的数值模拟技术，设计适当的成形路径，即可消除板材的成形缺陷，提高板材的成形能力。

无模多点成形技术简介一、基本概念无模多点成形就是将多点成形技术和计算机技术结合为一体的先进制造技术。

该技术利用一系列规则排列的、高度可调的基本体，通过对各基本体运动的实时控制，自由地构造出成形面，实现板材的三维曲面成形。

它是对三维曲面扳类件传统生产方式的重大创新。

板材无模多点成形系统是以计算机辅助设计与辅助制造技术为主要手段的柔性成形设备，其工作原理是把传统的冲压实体模具分解为很多离散的小模具单元（亦称基本体），利用一系列规则排列的高度可调的基本体，通过对各个基本体运动的实时控制，自由地构造出成形曲面，代替模具实现板材三维曲面的快速无模成形。

这种成形方式是对三维曲面板类件传统生产方式的重大创新。

二、技术特点·实现无模成形：取代传统的整体模具，节省模具设计、制造、调试和保存所需人力、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，不但节省巨额加工、制造模具的费用，而且节省大量的修模与调模时间：与手工成形方法相比，成形的产品精度高、质量好，并且显著提高生产效率。

·优化变形路径：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。

·实现无回弹成形：可采用反复成形新技术，消除材料内部的残余应力，并实现少无回弹成形／保证工件的成形精度。

·小设备成形大型件：采用分段成形新技术，连续逐次成形超过设备工作台尺寸数倍的大型工件。

·易于实现自动化：曲面造型、工艺计算。

压力机控制、工件测试等整个过程全部采用计算机技术，实现CAD／CAM／CAT一体化生产，工作效率高，劳动强度小，极大地改善劳动者作业环境。

三、技术发展概况多点成形的研究起源于日本。

70年代日本造船协会西冈等人试制了多点压力机，进行船体外板自动成形的研究，但因关键技术未能解决好，多点压机的制造费用太高，未能实用化。

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。

单层曲网壳结构分析摘要：本文介绍了双曲单层网壳钢结构刚性节点的无模多点成形技术，对多点成形技术与普通铸件刚性节点优缺点进行分析，并对刚性节点的节点计算做了简要说明，对类似工程项目的设计提供参考和借鉴。

关键词：无模多点成形、单层网壳、刚性节点引言在幕墙设计中，为实现曲面线造形，常使用三角形网壳结构来实现建筑的造形要求，又能使玻璃平板化，在实际工程中，如三亚海棠湾幕墙工程，就采用了三角形网壳结构，实现了建筑师的外观要求，而又使幕墙施工方便，达到经济效益。

一、网壳结构节点设计优劣分析1、在网壳设计中，通常采用的是圆形刚件作为三角形连接节点件，这种形式使杆件外观不连续，不美观，每个三角形交点位置都有一个凸出构建表面钢件，不能完美的显示建筑的流线美；在三亚海棠湾设计中，我们采用了多点无模成形技术制作的刚性节点，该刚性节点与杆件之间平滑连接，实现了曲面的平滑过渡，让建筑线条感凸出而生动。

二、无模多点成形技术介绍无模多点成形技术即通过对冲头进行自动调整以达到所需的三维曲面。

无模多点成形工艺流程1. 对上下盖板进行平面等离子切割。

2. 根据上下盖板进行矩阵数据提取。

3. 根据上下盖板的厚度及形状进行板面回弹计算以及矩阵数据进行编程并输入计算机。

4. 对平面上下盖板进行成形并施压2-5分钟后松开。

5. 对转接件的上下盖板及腹板的拼装做施焊工艺，并对腹板以首尾连接的施焊过程及先后顺序进行施焊，避免产生漏焊、少焊及施焊不合格现象产生。

6. 对焊好后的转接件进行外观尺寸、电焊探伤等检查，合格后进行抛丸、除锈并上底漆。

三、单层网壳节点受力分析无膜成形节点，主要承受膜的张力作用，对于节点，主要承受杆件轴力作用，荷载大小取为单层网壳最不利荷载处，采用MIDAS GEN 2014进行建模计算，荷载设计值加载图如下：图1：荷载加载图荷载设计值作用下，结构应力等值线图如下：图2：结构应力等值线图图3：网壳杆件最不利荷载作用下应力等值线图由图2可知，节点建模最大应力为=186.6Mpa由图3可知，单层网壳整体建模最大应力为=99.7Mpa由节点应力与单层网壳整体建模最大应力比较可知：1、单层网壳节点应力比整体应力大的多，设计时，加强节点连接对整个网壳承载力起关键作用。