數字化成形的夢想是如何實現的

當今世界，隨著生產力水平的不斷提高及裝備制造業的飛速發展，金屬板類件制品的需求也在快速增長。在機械制造、航空航天、船舶艦艇、各種車輛、壓力容器乃至建筑裝潢、城市雕塑等許多領域，對三維曲面板類件都有大量的需求。這些板類件的三維曲面成形通常要采用模具成形或手工制造方式來實現。但由于模具的制造費用昂貴，動輒幾十萬元、幾百萬元乃至上千萬元，加工周期較長，需要5、6個月甚至10幾個月。而且產品一旦換型，模具也必須隨之更換，不利于產品的更新換代，制約著制造業的快速發展。而手工成形又存在質量差、效率低、勞動強度大等缺點。在市場競爭越來越激烈的今天，裝備制造業需要出現快速柔性的先進制造設備來實現三維曲面件的生產。

多點數字化成形設備就是這樣一種先進的柔性制造裝備。該裝備把塑性成形技術和計算機技術結合為一體，實現了板類件成形過程的自動化；它不需要模具，在一臺設備上即可進行多種三維曲面板類件的制造，省去了產品開發與制造過程中因模具設計、制造、調試、修改等復雜過程所耗費的時間和資金，顯著縮短研制及生產周期，能對產品的更新換代做出快速響應。

多點數字化成形裝備是擁有高科技含量的世界級前沿產品，國外在這方面還處于實驗室開發與研制階段，而在我國卻有一家公司能夠研制、生產和銷售其系列設備，這就是長春瑞光科技有限公司（以下簡稱瑞光公司）。該公司是由吉林大學組建的產學研實體，位于長春市高新技術開發區。他們不僅率先研制出了世界首臺商品化的多點數字化成形裝備，而且還首次實現了該設備的產業化，并將該設備成功應用于鳥巢建筑工程、高速列車、船體外板、醫學工程等多個領域，發揮了巨大的作用，為我國乃至世界的裝備制造業進步起到了積極的促進作用。

北京奧運會主場館———鳥巢建筑工程在施工時，遇到多項技術難題；其中一大難題就是鳥巢建筑中大量使用的大型彎扭箱形鋼板構件需要成形。其三維扭曲像麻花一樣，各構件的彎扭形狀與尺寸都不一樣，而且所用高強度鋼板的厚度從10mm變化到60mm，成形相當困難。如采用模具成形，將花費巨額的模具制造費用；采用水火彎板等手工方法成形，由于很難實現連續的圓滑成形，不易保證成形精度。而多點成形技術可以調整矩陣狀排列的沖頭高度構成任意形狀，很容易實現彎扭鋼構件的成形。承擔鳥巢建筑鋼構件制造任務的浙江精工鋼結構有限公司通過調研，認為這項技術非常好，雖然還沒有用于生產這種較厚的高強度鋼板的先例，但是非常值得一試。而且通過對原尺寸1/4大小的鋼板件進行試驗成形后取得了良好的實驗效果，這更增加了他們的信心，于是他們委托吉林大學與瑞光公司制造了一臺sm150型大噸位快速調形多點數字化成形系統。設備交付使用后，不僅達到了模具成形的效果，而且完全節省了昂貴的模具費用；并且成形效率非常高，10多分鐘就能完成一塊大型鋼板的彎扭成形，一天就可以成形幾十塊鋼板。在承擔“鳥巢”工程全部24榀門式桁架鋼結構制造的三個企業中，“浙江精工”任務量最大，且起步最晚。但他們采用多點成形機，很快就完成了任務，主要原因就是另兩家還是采用傳統的火攻成形法，需要大量熟練的技術工人加班加點用火槍烤鋼板。不僅耗費大量體力，而且生產環境差，一般一至兩天才能成形一塊彎扭鋼構件，生產速度非常慢。而“浙江精工”應用了多點數字化成形設備，不到1個小時就可以完成好幾塊形狀復雜的彎扭鋼板件成形，加工速度快，輕松地提前完成了所承擔的加工任務。

多點數字化成形裝備首先是可以實現快速、柔性成形，其次是加工出的產品質量很高。用傳統方法成形，不同厚度鋼板的彎曲成形和幾何尺寸需由人工來掌控，加工精度很難把握；每塊鋼板加工成形后再拼裝焊接時難度更大，因此主架構質量不容易保證，且曲面不圓滑，表面粗糙。而用由電腦控制的多點成形設備加工，由于每塊鋼板的形狀和尺寸十分精確，因此拼裝焊接時非常方便；不但保證了“鳥巢”鋼構件的質量，而且表面非常圓滑和美觀。

使用該裝備可以使加工費用大大降低。用傳統方法成形，除需要請專家和大量的老技工外，還需要配置彎板機等輔助加工設備及火攻加熱、冷卻等所需的各種裝備，再加上能源等消耗，人工費和其他費用加在一起耗資不菲。而用多點數字化成形設備，除購置設備一次性投入外，以上其他費用大大降低。而且這種設備還可以做為體現企業的重要裝備和加工生產能力的標志性裝備，長期使企業受益。

另外，使用該設備還減少了污染和噪音，實現了環保和綠色制造。用傳統方法由于需加熱、冷卻和人工敲擊成形，煙塵及噪音很大，加工場所環境較差，污染嚴重。而用多點成形設備加工，由于是冷壓成形，無噪音，無煙塵，無熱烤，操作環境得到大大改善。

在由浙江省科委委托紹興市科委召開的鑒定會上，專程從北京趕來的專家對“浙江精工”此次承擔的“鳥巢”工程項目給予了高度評價，即：“任務最重，起步最晚，進度最快，質量最好。”“浙江精工”對此次與“瑞光公司”及吉林大學的合作也非常滿意，特地贈送了他們一塊匾，上書兩行金色大字：“奧運鳥巢攻難關，多點成形顯神通”。

我國最大的鐵路客車生產廠之一———長春軌道客車股份有限公司承擔了研制流線型高速列車的任務，該任務技術難度大，時間緊，任務急。特別是流線型車頭的覆蓋件，如果用模具生產，需要做50～80套模具，制造周期至少需要半年以上。為此他們找到了瑞光公司，并購置了多點數字化成形設備。該公司應用多點成形機很快就生產出了幾十種成形難度較大的車頭覆蓋件，按原工藝方案生產新車型的模具需6~8個月時間，采用多點成形技術后，僅用幾天的時間就完成了一臺新車型的車頭覆蓋件成形，大大縮短了開發周期，提高了成形效率與成形質量；同時，顯著地降低了工人的勞動強度，改善了工作環境。

目前國內外的船體外板加工仍然采用火攻成形法，效率低、勞動強度大，耗費大量人力和時間，其產品質量和精度很難滿足現代化生產需求。如果要用鈦合金材料制造船體外板就存在更加突出的問題，船體的鈦合金外板難于成形，回彈又極大，采用傳統方法不僅效率低、生產周期長，而且表面質量也很差。如果表面質量不能保證，必然會降低板材強度，減少使用壽命，存在一定的安全隱患。為此，瑞光公司與某研究所進行了技術交流和探討，相關研究人員聽完介紹后，一致認為多點成形法切實可行，便決定進行調研并做相關的成形實驗。經過兩三輪的成形實驗，其效果非常好，成形后的鈦合金板表面光滑，沒有一點凸凹壓痕，完全符合各項參數及安全要求。這項技術獲得該研究所技術人員高度認可和好評，訂制了一臺較大臺面的多點成形壓力機，圓滿地解決了船體外板的鈦合金成形問題。

在航空航天領域，飛機蒙皮件的成形需大量的拉形模具，傳統拉形模具制造周期長，成本高，嚴重制約新機型開發進程。采用柔性的、可重構的多點數字化調形模具代替實體拉形模具，能夠實現飛機零件的數字化成形，快速制造出飛機蒙皮件，極大縮短制造周期。預計一個新機型的蒙皮類零件，從設計到生產全過程可在數周內完成，可節省模具費用數百萬元至上千萬元。目前，瑞光公司采用多點成形技術已生產出多種合格的蒙皮拉形件，為飛機蒙皮的數字化制造開辟了道路。我國多家飛機制造企業及研究部門通過與瑞光公司多次交流和探討，并進行實地考察后，特別看好多點成形技術在飛機鈑金件數字化制造中的應用前景。多點成形機已被成都飛機工業（集團）有限責任公司等列為飛機鈑金件數字化制造工程中的重點裝備，并開始訂購相關設備。此外，瑞光公司還為某衛星制造廠進行了衛星網格壁板成形實驗，取得了令人滿意的效果。

說來令人難以置信，多點數字化成形機還被應用到了醫學領域。過去，人腦顱骨受傷缺損后，修補所用的材料主要是有機玻璃、骨水泥等，這些修補材料多存在組織相容性差、易感染、耐腐蝕性及硬度較差等缺點，并且一定時間后需要重新更換，給患者帶來諸多不便和很大痛苦。現在較常用的修復材料是鈦合金網板，但是鈦網板硬度較高，很難塑形，且塑形后回彈很大。傳統的成形方法是手工塑形，需要通過一次又一次的手工敲打一點點成形，不僅費時費力，影響生物力學性能，還直接影響手術效果，并且外形也不能令患者滿意。而采用多點數字化成形技術，這些問題都迎刃而解，很好地解決了鈦板塑形問題。這項技術首先根據ct斷層照片完成顱骨修補部位的三維重建，然后進行修復體的數字化設計、模擬裝配、優化工藝參數，最后將設計好的修復體數據直接傳輸到多點成形機上制造出修復體。從拿到ct數據開始到制作出合格的顱骨修復體只需兩小時左右，不但制作效率高，而且非常適用于顱骨修補個性化的特點。該技術實現了鈦網板修復體的精確塑形，尤其是在形狀復雜的部位，如前額、眶上緣、顳窩等顱骨缺損處的鈦板塑形形狀準確，完全匹配，達到了滿意的整形效果。幾年來，瑞光公司已為吉林大學第一醫院、吉林省人民醫院、北京天壇醫院、天津環湖醫院、唐山工人醫院、秦皇島第一醫院、黑龍江省醫院等多家醫院加工了數百片鈦網板顱骨修復體，塑形后的形狀與患者缺損部位完全吻合，既減少了手術風險，也使術后頭部形狀美觀，院方和患者均非常滿意。

不少國外的大學和企業得知中國瑞光公司有這樣一項技術和產品后，紛紛打電話來咨詢和了解，并有多家國外企業特地到瑞光公司來考察和交流，瑞光公司也多次派人出國講學與交流。韓國的幾家企業慕名而來，參觀了瑞光公司的應用示范實驗室，并觀看了三維曲面件的壓制過程，看完后都大為贊嘆。韓國釜山大學與韓國unoko機械工程有限公司經過幾次來公司進行調研與試驗后，認為該設備正是他們所需求的設備，于是訂制了一臺具有200噸壓力的多點數字化成形機，打算用于船板及其他板類件成形。瑞光公司在與之簽訂合同后，立即組織生產，不到半年時間就制造出yam10-200型多點數字化成形機，該設備小行程調形時間在8分鐘以內，中行程調形時間在13分鐘以內，調形效率很高。順利出口<

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