1.1 柔性板材漸進成形技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

板材成形又稱為沖壓成形，其中成形工序包括彎曲、拉伸、翻孔、翻邊、脹形、縮口等，在國民經(jīng)濟的主導行業(yè)加工工業(yè)中占有重要的地位。隨著航空航天等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，在先進飛機、航天器、高端武器裝備及樣機制造中，對高性能、輕量化、變批量復雜形狀薄壁板材構(gòu)件的交貨期和產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高要求，使現(xiàn)有的成形技術(shù)受到了挑戰(zhàn)。大力研究開發(fā)新型柔性板材快速成形工藝刻不容緩，它是提高生產(chǎn)效率、節(jié)省資源成本的有效途徑，對發(fā)展和提升我國薄壁板材件制造技術(shù)水平和能力具有重大戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的板材成形工藝因模具制造費用高昂、設(shè)計與調(diào)試周期長，嚴重制約著板材制造業(yè)的生產(chǎn)水平。盡管旋壓成形可以在保證成形極限的條件下提高板材成形質(zhì)量和精度，但其主要適用于制造旋轉(zhuǎn)體零件。板材漸進成形工藝作為一種新興的柔性無模板料成形技術(shù)，引入了快速成形技術(shù)的“分層制造”思想，不依賴于模具，可加工非旋轉(zhuǎn)體復雜曲面件，開發(fā)時間及經(jīng)濟成本要大大低于傳統(tǒng)沖壓成形技術(shù)，尤其在小批量生產(chǎn)中具有巨大優(yōu)勢，極大地豐富了板材成形手段。在航空航天、交通運載（汽車、軌道交通工具、船舶）、能源裝備和醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有廣泛的應用潛力，如航天領(lǐng)域的火箭筒體壁板、整流罩，航空領(lǐng)域的飛機蒙皮，汽車及軌道交通中的鈑金，船用散熱翅片，醫(yī)療中的顱骨、額骨修復體等。綜合考慮成本、時間和產(chǎn)量的情況下，漸進成形技術(shù)應用潛力巨大。

數(shù)控板材漸進成形技術(shù)是一種柔性板材成形工藝，適用于快速成形和小批量生產(chǎn)，在成形過程中，利用計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)控制通用成形工具，使板材逐層成形，最終達到要求的三維形狀。與沖壓等傳統(tǒng)成形方式不同，漸進成形過程的特點是在任何時候材料只有一小部分區(qū)域（局部）處于變形狀態(tài)，局部變形的區(qū)域隨著板材和工具頭的相對移動在整個板材上移動，直到得到所需的幾何形狀。利用漸進成形技術(shù)，可以直接通過零件三維數(shù)字化模型成形零件而不需要專用模具，尤其適合小批量生產(chǎn)和個性化定制產(chǎn)品。

柔性漸進成形技術(shù)最早是在1967年由Leszak提出并獲得發(fā)明專利的，Kitazawa等人應用鋁合金制作了旋轉(zhuǎn)體工件驗證了漸進成形技術(shù)的可行性。數(shù)控漸進成形技術(shù)是在1994年由日本學者松原茂夫提出的，其對漸進成形的概念、成形過程和特征進行了詳細的闡述，并且通過與傳統(tǒng)的利用模具的板材成形技術(shù)進行比較，證明了該技術(shù)的先進性。隨后，漸進成形技術(shù)引起了眾多國內(nèi)外學者的研究興趣。國際上，有代表性的研究團隊包括比利時魯汶大學的Duflou，英國劍橋大學的Allwood，美國西北大學的Cao，加拿大女王大學的Jeswiet，德國亞琛工業(yè)大學的Hirt及意大利巴勒莫大學的Micari等。在商業(yè)化方面，由福特汽車公司、波音公司、美國西北大學、美國麻省理工學院等開發(fā)了基于雙面漸進成形的快速自由板材成形技術(shù)；歐盟第六和第七框架計劃分別資助200萬歐元和400萬歐元，由空客公司、歐洲宇航防務集團、WSK Rzeszów（波蘭航空發(fā)動機部件制造商）、德國亞琛工業(yè)大學、英國焊接研究所、西班牙Tecnalia公司聯(lián)合開發(fā)激光輔助加熱漸進成形技術(shù)。美國國防部一期投資700萬美元，二期投資1300萬美元，由波音公司、洛克希德·馬丁公司、麻省理工學院、西北大學聯(lián)合開發(fā)漸進成形技術(shù)。在國內(nèi)從事漸進成形技術(shù)研究較早的是哈爾濱工業(yè)大學的王仲仁、戴昆等，他們對漸進成形的基本原理、成形工藝過程等進行了研究與分析并提出了兩種作用方式：逐點作用方式和連續(xù)軌跡作用方式。吉林大學李明哲等自主研發(fā)了曲面無模多點成形壓力機，并對多點漸進成形工藝有關(guān)基礎(chǔ)理論和應用研究進行了深入系統(tǒng)的探索。華中科技大學莫健華教授團隊自主研制了國內(nèi)第一臺數(shù)控金屬板材數(shù)字化漸進成形設(shè)備并開發(fā)了相應的系統(tǒng)控制軟件，對汽車覆蓋件等實際應用產(chǎn)品進行了試制。南京航空航天大學高霖團隊提出了對板材進行電加熱的漸進成形方法，并對鎂合金和鈦合金成形性能進行了研究。近些年來，上海交通大學陳軍團隊提出了基于工業(yè)機器人手臂的單點/雙點復合漸進成形方法來獲得更均勻的減薄率及更高的加工效率。北京航空航天大學李小強開發(fā)了重載漸進成形機床，研制了多種鋁合金航空蒙皮件并成功裝機使用。山東大學李燕樂將超聲能場引入板材漸進成形中，旨在改善薄板漸進成形中材料的塑性流變特征，有望突破傳統(tǒng)漸進成形中表面質(zhì)量、精度及成形能力不足等問題。當前，漸進成形技術(shù)在國內(nèi)受到了越來越多學者的關(guān)注與探索，也取得了一些富有成效的研究成果，在此不再贅述。