1.4 柔性板材漸進(jìn)成形技術(shù)應(yīng)用

柔性板材漸進(jìn)成形技術(shù)是針對現(xiàn)代社會(huì)要求產(chǎn)品日益多樣化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)不斷創(chuàng)新、產(chǎn)品更新?lián)Q代快等特點(diǎn)而提出的塑性加工技術(shù)，它適應(yīng)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，多品種、少批量的產(chǎn)品生產(chǎn)，交貨時(shí)間短、快速響應(yīng)用戶需要等要求。該技術(shù)可以應(yīng)用在航空航天飛行器、汽車工業(yè)、醫(yī)療器具、家居裝飾品、廚房用具、工藝美術(shù)品等產(chǎn)品的制造上，對提高我國相關(guān)企業(yè)的市場競爭力有重要的意義。

1.4.1 在航空制造領(lǐng)域的應(yīng)用

民用飛機(jī)為實(shí)現(xiàn)良好的氣動(dòng)性能和燃油效率，大量采用復(fù)雜薄壁件。該類零件通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整體外形與局部特征相結(jié)合，需要拉伸成形、局部成形、開孔、擴(kuò)孔、翻孔、切邊、翻邊等多個(gè)工序完成，每個(gè)工序涉及不同的機(jī)床、工裝、甚至不同的生產(chǎn)部門，導(dǎo)致工裝套數(shù)多、零件制造周期長、成本高。同時(shí)多工序生產(chǎn)模式需要不斷地轉(zhuǎn)換制造基準(zhǔn)，導(dǎo)致零件定位不準(zhǔn)確，影響了零件的最終精度，故在裝配階段要進(jìn)行大量協(xié)調(diào)和修配。

空客公司、德國亞琛工業(yè)大學(xué)等在歐盟資助下，開展了大型復(fù)雜薄壁件成形切邊集成工藝研究，并開發(fā)了數(shù)控拉伸漸進(jìn)切邊復(fù)合制造機(jī)床，已經(jīng)用于空客A320等機(jī)型吊掛液壓維修艙蒙皮等的制造。飛機(jī)薄壁件成形工藝過程如圖1-9所示。

北京航空航天大學(xué)近年來突破了輕質(zhì)高剛度高穩(wěn)定性機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、同步隨動(dòng)氣浮板料夾持工作臺(tái)設(shè)計(jì)、重載高速高精三軸聯(lián)動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)，與其他單位合作設(shè)計(jì)制造出大臺(tái)面重載數(shù)控拉伸-雙點(diǎn)漸進(jìn)復(fù)合成形裝備，如圖1-10所示。同時(shí)發(fā)明了多種創(chuàng)新的耐磨自旋轉(zhuǎn)碾壓工具、零件表面質(zhì)量控制方法、整體與局部加熱漸進(jìn)成形裝置等。基于上述裝備及創(chuàng)新工藝工裝，成形出某大型無人機(jī)翼身融合蒙皮零件、某大型軍用運(yùn)輸機(jī)復(fù)雜異形蒙皮、某型號(hào)航空發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇帽罩等多項(xiàng)零件，如圖1-11所示，精度和性能指標(biāo)達(dá)到要求，部分零件已經(jīng)裝機(jī)應(yīng)用，縮短制造周期90%以上。

1.4.2 在交通運(yùn)載方面的應(yīng)用

目前市場上每年都有大批新車型問世，車企必須快速、低成本和高質(zhì)量地開發(fā)出新車型樣機(jī)。但傳統(tǒng)工藝需要采用模具加工，其設(shè)計(jì)和試制過程周期長、費(fèi)用高，很大程度上影響了新產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本。柔性漸進(jìn)成形技術(shù)用于汽車覆蓋件的制造，可以省去產(chǎn)品開發(fā)過程中因模具設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)修改等復(fù)雜過程所耗費(fèi)的時(shí)間和資金，縮短了新產(chǎn)品開發(fā)的周期，降低了成本。它不僅適合于新車型的快速開發(fā)和對概念車設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，也可將這種方法加工的覆蓋件作為原型來翻制簡易模具，并用這些模具進(jìn)行小批量生產(chǎn)。

日本AMINO公司將有模柔性漸進(jìn)成形用于汽車覆蓋件的原型和小批量制造，利用漸進(jìn)成形可完成凸曲面成形、凹曲面成形、切邊、彎曲和卷邊等工序，成形的典型零件如圖1-12所示。日本還將柔性漸進(jìn)成形應(yīng)用于高鐵列車車頭蒙皮試制和地鐵艙蓋零件制造，如圖1-13所示。

華中科技大學(xué)對漸進(jìn)成形汽車覆蓋件工藝展開了研究，加工了汽車車門及翼子板等部件。本田汽車公司已經(jīng)利用漸進(jìn)成形技術(shù)進(jìn)行了Fit HB型概念車覆蓋件的成形，并已投入設(shè)計(jì)生產(chǎn)。德國弗勞恩霍夫機(jī)床與成形技術(shù)研究所利用雙點(diǎn)漸進(jìn)成形成功試制了一款老式流線型跑車的部分車身覆蓋件，如圖1-14所示。

1.4.3 在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

由于醫(yī)用植入物個(gè)性化、小批量的特點(diǎn)，當(dāng)前的模具成形工藝因需制作專用模具，故加工費(fèi)用高、生產(chǎn)周期長，嚴(yán)重影響手術(shù)時(shí)間甚至康復(fù)計(jì)劃。柔性漸進(jìn)成形技術(shù)可滿足生理曲度復(fù)雜部位塑形要求，制造周期和成本大大低于傳統(tǒng)成形技術(shù)，尤其適用于個(gè)性化、小批量的生物醫(yī)用植入物制造，應(yīng)用潛力較大，如圖1-15所示。國際上，Ambrogio等較早地利用漸進(jìn)成形技術(shù)制造了一種定制踝關(guān)節(jié)支撐，其幾何誤差小于1mm。Boulila等以復(fù)雜的假肢座為成形目標(biāo)探究了漸進(jìn)成形工藝參數(shù)對成形質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)表面形貌和幾何精度是亟需關(guān)注的兩個(gè)指標(biāo)。Duflou等進(jìn)行了TA2鈦板鎖骨植入物的漸進(jìn)成形快速制造，但是貼合精度尚需提高。在國內(nèi)，華中科技大學(xué)莫建華等較早將漸進(jìn)成形技術(shù)應(yīng)用到顱骨修復(fù)體的制造中。上海交通大學(xué)陳軍、陸彬等進(jìn)行了純鈦板顱骨漸進(jìn)成形試驗(yàn)，獲得了較好的宏觀形狀和厚度分布，下一步是改善潤滑和接觸狀態(tài)以減小表面擦傷和幾何回彈。

1.4.4 在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用

漸進(jìn)成形技術(shù)可以用來成形大尺寸雙曲面構(gòu)件，從而作為建筑內(nèi)襯曲面?zhèn)鹘y(tǒng)成形技術(shù)（比如橡皮成形技術(shù)）的補(bǔ)充手段。這種曲面構(gòu)件的幾何誤差要求并不是很高（毫米級別），然而對表面質(zhì)量的要求較高。圖1-16展示了一個(gè)由德國亞琛工業(yè)大學(xué)利用漸進(jìn)成形技術(shù)加工的自支撐三維屋頂結(jié)構(gòu)，其成形過程如圖1-17所示。

1.4.5 其他領(lǐng)域應(yīng)用

利用漸進(jìn)成形的方法相比一次拉伸成形的傳統(tǒng)工藝能成形出曲面更復(fù)雜、延伸率更高的成形件，不僅可成形一般的金屬薄板成形件，還可成形那些用傳統(tǒng)工藝加工不出來的復(fù)雜曲面工件。圖1-18所示為漸進(jìn)成形技術(shù)加工的各種產(chǎn)品，如特殊規(guī)格的拋物面天線、富士山模型和汽車模型。