數字化成形技術(shù)--發(fā)達國家的企盼

    其實(shí)，多點(diǎn)成形這一設想日本人早在20世紀50年代就已提出。幾十年來(lái)，日本、美國等技術(shù)發(fā)達國家的一些研究機構與企業(yè)一直進(jìn)行著(zhù)有關(guān)多點(diǎn)成形技術(shù)的研究，日本幾乎所有的大型造船公司都曾嘗試過(guò)把該技術(shù)應用于船體外板的曲面成形；但由于沒(méi)有掌握其中的關(guān)鍵技術(shù)，尚處于實(shí)驗室研究階段。美國的大學(xué)與企業(yè)也對型面可重構的柔性成形技術(shù)進(jìn)行了幾十年的研究與探索，制造過(guò)實(shí)驗室原型機。后來(lái)，由美國麻省理工學(xué)院與美國航空部門(mén)聯(lián)合投入1400萬(wàn)美元，開(kāi)發(fā)了型面可變的蒙皮拉形裝置，但只能用于變形量較小的蒙皮拉形。

　　長(cháng)春瑞光科技有限公司是目前在國內外唯一實(shí)現了板類(lèi)件多點(diǎn)數字化成形壓力機商品化與產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)。公司由優(yōu)秀留學(xué)回國人員李明哲教授領(lǐng)導，專(zhuān)門(mén)從事多點(diǎn)數字化成形設備的開(kāi)發(fā)與制造。

　　長(cháng)春瑞光科技有限公司以吉林大學(xué)無(wú)模成形技術(shù)開(kāi)發(fā)中心為技術(shù)依托單位，擁有專(zhuān)職研發(fā)人員二十余人，其中教授五人、副高級職稱(chēng)人員五人，具有博士學(xué)位的研究人員九人，專(zhuān)業(yè)覆蓋機械、材料加工、流體傳動(dòng)、力學(xué)、自動(dòng)控制、計算機等多種學(xué)科，并有十余名博士研究生、二十余名碩士研究生參與設計與開(kāi)發(fā)，具有強大的人才優(yōu)勢。通過(guò)對多點(diǎn)數字化成形技術(shù)的深入研究，由李明哲教授率領(lǐng)的這一研發(fā)團隊掌握了一系列關(guān)鍵技術(shù)，在其基礎理論、軟件開(kāi)發(fā)、實(shí)用技術(shù)等方面取得了具有國際領(lǐng)先水平的科技成果，發(fā)表多點(diǎn)成形方面的學(xué)術(shù)論文220多篇，超過(guò)國內外相關(guān)論文總數的三分之二。同時(shí)，瑞光公司還擁有一批經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員、熟練的技術(shù)工人及營(yíng)銷(xiāo)人員，可滿(mǎn)足產(chǎn)品設計、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)及銷(xiāo)售等各種需要。公司十分重視科研開(kāi)發(fā)活動(dòng)，設有多個(gè)研發(fā)部門(mén)，并配置了完備的設備設施，包括產(chǎn)品研發(fā)室、成形實(shí)驗室、軟件開(kāi)發(fā)室、設計室、電氣開(kāi)發(fā)室等研發(fā)部門(mén)。并配置了四臺多點(diǎn)成形機及三坐標測量?jì)x、激光測量?jì)x、數控加工中心、高檔微機等高精尖設備，為研發(fā)人員提供了充足、良好的研發(fā)環(huán)境。

　　瑞光公司董事長(cháng)李明哲是留日博士、吉林大學(xué)教授、博士生導師，是中國機械工業(yè)科技專(zhuān)家、享受?chē)鴦?wù)院政府特貼、教育部“跨世紀優(yōu)秀人才培養計劃”人選及全國“百千萬(wàn)人才工程”首批人選、吉林省首批省管優(yōu)秀專(zhuān)家、吉林省有突出貢獻的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。

　　1990年，李明哲在日本拿到了博士學(xué)位后，進(jìn)入日本日立公司生產(chǎn)技術(shù)研究所從事博士后研究。在博士后研究期間，他從板材無(wú)模多點(diǎn)成形的新穎構想開(kāi)始，經(jīng)過(guò)不斷探索和鉆研，主持開(kāi)發(fā)出世界第一臺計算機控制的無(wú)模多點(diǎn)成形實(shí)用機，使板材的無(wú)模成形成為現實(shí)。1993年回國后，李明哲教授組建了吉林大學(xué)無(wú)模成形技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，繼續在多點(diǎn)成形技術(shù)方面進(jìn)行深入、系統的研究與開(kāi)發(fā)工作。在多點(diǎn)成形基礎理論、專(zhuān)用軟件、實(shí)用技術(shù)以及設備開(kāi)發(fā)等方面取得了一系列具有自主知識產(chǎn)權、達到國際領(lǐng)先水平的成果；并為推動(dòng)該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化工作，于2002年組建了產(chǎn)學(xué)研實(shí)體———長(cháng)春瑞光科技有限公司。在多點(diǎn)成形方面的研究成果，獲得國內外有關(guān)專(zhuān)家的高度評價(jià)并受到有關(guān)企業(yè)的廣泛關(guān)注。

　　2006年10月，“基于多點(diǎn)成形方法的飛機蒙皮制造用數字化調整裝置”被列為歐盟第六框架協(xié)議國際合作項目。該項目由吉林大學(xué)與英國卡迪夫大學(xué)共同發(fā)起，還有比利時(shí)、西班牙與意大利等國家的四家研究機構與企業(yè)共同參與，其中由吉林大學(xué)與瑞光公司負責多點(diǎn)成形與多點(diǎn)拉形兩種設備的主要研發(fā)工作。該項目是歐盟框架協(xié)議計劃實(shí)施以來(lái)，中方參加單位在航空航天領(lǐng)域獲得歐盟研究經(jīng)費最多的一個(gè)項目；亦是我國科研人員在與西方發(fā)達國家進(jìn)行裝備制造業(yè)的頂尖技術(shù)合作中，首次居于主動(dòng)與主導地位的項目。這個(gè)事實(shí)從一個(gè)側面說(shuō)明歐盟國家充分認可吉林大學(xué)與瑞光公司在多點(diǎn)數字化成形研究與開(kāi)發(fā)方向的技術(shù)水平。目前已有幾家歐盟用戶(hù)正在聯(lián)系相關(guān)設備的訂購事宜。

　?。ㄈ底只尚巍薮蟮膽脻摿τ写M(jìn)一步挖掘瑞光公司的多點(diǎn)數字化成形設備已在鳥(niǎo)巢建筑工程、高速列車(chē)、船體外板、醫學(xué)工程等多個(gè)領(lǐng)域成功應用，創(chuàng )造了極大的經(jīng)濟和社會(huì )效益。除了這些領(lǐng)域外，該設備還有更廣闊的應用前景。

　　汽車(chē)工業(yè)是當今全球性的支柱產(chǎn)業(yè)，而在汽車(chē)制造業(yè)中應用最多的加工件是各類(lèi)覆蓋件。轎車(chē)、客車(chē)的覆蓋件約占整車(chē)零件的40%~60%，貨車(chē)的覆蓋件也達20%~30%。這些零件形狀復雜，成形難度很大。傳統的制造方式一般都采用整體模具成形技術(shù)，而用模具成形一種零件往往需要數套模具，經(jīng)多道工序才能完成。模具制造的成本極高、開(kāi)發(fā)一個(gè)車(chē)型的覆蓋件模具一般需要數千萬(wàn)元乃至1億~2億元的投入，生產(chǎn)準備周期長(cháng)，平均需要一年以上的制造周期。同時(shí)，模具還要經(jīng)過(guò)多次調試與修改。而用模具生產(chǎn)還要使用重型設備，多數為幾百?lài)嵣踔翈浊嵉膲毫C，因而要花費大量的資金。因此，傳統的汽車(chē)覆蓋件生產(chǎn)方式嚴重制約新車(chē)型的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。如果采用數字化成形裝備可以實(shí)現覆蓋件的快速、高質(zhì)量、低成本生產(chǎn)，加快車(chē)型的更新?lián)Q代、提高市場(chǎng)競爭力。因此，這一技術(shù)在新車(chē)型開(kāi)發(fā)及概念車(chē)、豪華車(chē)等個(gè)性化車(chē)型制造方面將具有非常廣闊的應用前景和極大的國內外市場(chǎng)。我國汽車(chē)業(yè)發(fā)展迅猛，有眾多的汽車(chē)制造廠(chǎng)，各汽車(chē)廠(chǎng)家都在開(kāi)發(fā)自己的新車(chē)型，這些廠(chǎng)家都是薄板沖壓件多點(diǎn)成形技術(shù)的潛在用戶(hù)，因此，可以毫不夸張地說(shuō)，數字化成形設備具有廣闊的市場(chǎng)。我國各種汽車(chē)年產(chǎn)量已近千萬(wàn)輛，在汽車(chē)覆蓋件生產(chǎn)中采用多點(diǎn)數字化成形技術(shù)將通過(guò)節省模具及其加工制造費用、降低生產(chǎn)成本等環(huán)節創(chuàng )造巨大的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。為了實(shí)現汽車(chē)覆蓋件的數字化成形，瑞光公司將投入更多的人力與物力，開(kāi)展相關(guān)工作。

　　李明哲及其科研團隊始終遵循“科技是第一生產(chǎn)力”的信念，將科技研發(fā)放在第一位。近期在原有研究成果的基礎上，又發(fā)展了多點(diǎn)成形理論，提出了效率更高、成本更低的連續多點(diǎn)成形新概念；開(kāi)發(fā)了柔性卷板成形與高效旋壓成形兩種不同成形工藝。柔性卷板成形是對輥式卷板機引入多點(diǎn)調整式柔性輥概念，使其工作輥由固定的剛性直輥變成可以柔性控制的可彎曲輥，從而能夠迫使被成形的板料不僅可以在其縱向產(chǎn)生塑性變形，還可以在橫向沿著(zhù)柔性輥的不同彎曲形狀產(chǎn)生相應的塑性變形，獲得雙曲度的三維曲面工件。目前，瑞光公司已研制出柔性卷板成形樣機，實(shí)現了多種不同形狀曲面件的成形。高效旋壓成形是基于柔性線(xiàn)成形原理，在傳統的旋壓成形中引入了多點(diǎn)調整式柔性輥概念，使旋壓成形用工具由固定的壓頭、搟棒或旋輪變成軸線(xiàn)可彎曲、可柔性控制的蛇形軋輥，使工具與工件的接觸狀態(tài)由點(diǎn)接觸變成線(xiàn)接觸，實(shí)現回轉曲面件的高效柔性成形。使用這種方法，可以明顯增加變形區尺寸，并且使變形路徑更趨合理，顯著(zhù)提高成形效率與加工精度。目前，瑞光公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出高效旋壓成形簡(jiǎn)易實(shí)驗裝置，實(shí)現了圓形件與筒形件的柔性成形，成形效果非常好。

　　采用這種連續多點(diǎn)成形技術(shù)，生產(chǎn)效率能達到傳統卷板或旋壓成形時(shí)的數倍，甚至數十倍，非常有利于小批量或大型曲面件的制造，特別是在超大型曲面件如大型封頭類(lèi)工件的制造中可以產(chǎn)生顯著(zhù)的經(jīng)濟效益與社會(huì )效益。再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的深入研發(fā)，還可以實(shí)現高效柔性成形裝置柔性輥的實(shí)時(shí)控制。這種技術(shù)可以用于異型復雜曲面的數字化制造中，從而產(chǎn)生更為可觀(guān)的社會(huì )和經(jīng)濟效益。

　　柔性卷板成形與高效旋壓成形是我國裝備制造業(yè)原創(chuàng )性技術(shù)，具有很高的技術(shù)含量與高附加值，能實(shí)現高效率、低成本的生產(chǎn)。目前國內外還沒(méi)有該類(lèi)設備出現，因此具有極大的國內外市場(chǎng)潛力。這種技術(shù)在機械、電子、化工和民用工業(yè)中，尤其在航空、航天與國防工業(yè)中都將具有廣闊的應用前景。