一、基本概念 
    無(wú)模多點(diǎn)成形就是將多點(diǎn)成形技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合為一體的先進(jìn)制造技術(shù)。該技術(shù)利用一系列規(guī)則排列的、高度可調(diào)的基本體，通過(guò)對(duì)各基本體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制，自由地構(gòu)造出成形面，實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。它是對(duì)三維曲面扳類件傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的重大創(chuàng)新。 
二、技術(shù)特點(diǎn) 
    實(shí)現(xiàn)無(wú)模成形：取代傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省模具設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試和保存所需人力、物力和財(cái)力，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。與模具成形法相比，不但節(jié)省巨額加工、制造模具的費(fèi)用，而且節(jié)省大量的修模與調(diào)模時(shí)間：與手工成形方法相比，成形的產(chǎn)品精度高、質(zhì)量好，并且顯著提高生產(chǎn)效率。 
    優(yōu)化變形路徑：通過(guò)基本體調(diào)整，實(shí)時(shí)控制變形曲面，隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形極限，實(shí)現(xiàn)難加工材料的塑性變形，擴(kuò)大加工范圍。 
    實(shí)現(xiàn)無(wú)回彈成形：可采用反復(fù)成形新技術(shù)，消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，并實(shí)現(xiàn)少無(wú)回彈成形／保證工件的成形精度。 
    小設(shè)備成形大型件：采用分段成形新技術(shù)，連續(xù)逐次成形超過(guò)設(shè)備工作臺(tái)尺寸數(shù)倍的大型工件。 
    易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：曲面造型、工藝計(jì)算。壓力機(jī)控制、工件測(cè)試等整個(gè)過(guò)程全部采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CAD／CAM／CAT一體化生產(chǎn)，工作效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度小，極大地改善勞動(dòng)者作業(yè)環(huán)境。 
三、技術(shù)發(fā)展概況 
    多點(diǎn)成形的研究起源于日本。 70年代日本造船協(xié)會(huì)西岡等人試制了多點(diǎn)壓力機(jī)，進(jìn)行船體外板自動(dòng)成形的研究，但因關(guān)鍵技術(shù)未能解決好，多點(diǎn)壓機(jī)的制造費(fèi)用太高，未能實(shí)用化。日本三菱重工業(yè)株式會(huì)社的熊本等人也研制了三列多點(diǎn)成形設(shè)備。由于其整體設(shè)計(jì)不周，該壓機(jī)只適用于變形量很小的船體外板的彎曲加工。另外，東京大學(xué)的野本及東京工業(yè)大學(xué)的井關(guān)等人也進(jìn)行了多點(diǎn)壓機(jī)及成形實(shí)驗(yàn)方面的研究工作，但未取得重大進(jìn)展。宮80年代以來(lái)，美國(guó)麻省理工學(xué)院D。E。Hardt的研究室對(duì)多點(diǎn)模具成形進(jìn)行了十多年的研究。最近麻省理工學(xué)院與美國(guó)航空航天技術(shù)研究部門合作，投入1400多萬(wàn)美元的巨額經(jīng)費(fèi)開發(fā)出多點(diǎn)張力拉伸成形機(jī)。 
   吉林工業(yè)大學(xué)教授李明哲博士在日本日立公司從事博士后研究期間系統(tǒng)地研究了多點(diǎn)成形基本理論，深入地分析了成形機(jī)理與成形特點(diǎn)，并主持開發(fā)出多點(diǎn)成形實(shí)用機(jī)（主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表（l）。 
    表1 多點(diǎn)成形實(shí)用機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 
    項(xiàng)目                            技術(shù)參數(shù) 
    總成形力                   540T 
    整體成形最大面積  1200mmX1400mm 
    成形板材厚度           10-30mm 
    基本體調(diào)整量            500mm 
    基本體驅(qū)動(dòng)方式        液壓伺服控制 
    該系統(tǒng)是世界上第一臺(tái)達(dá)到實(shí)用化程度的無(wú)模多點(diǎn)板材成形壓力機(jī)，己成功地用于三維曲面工件（如扭曲面、球面、馬鞍面等）的實(shí)際生產(chǎn)中，工作效率較傳統(tǒng)的線狀加熱法提高了數(shù)十倍，而且制品精度也得到很大的提高。 
    李明哲教授回國(guó)后，在吉林工業(yè)大學(xué)組建了無(wú)模成形技術(shù)開發(fā)中心，繼續(xù)對(duì)多點(diǎn)成形技術(shù)進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究，逐步形成了板材多點(diǎn)成形理論。“該中心從學(xué)術(shù)與實(shí)際應(yīng)用兩個(gè)方面建立了板材多點(diǎn)成形新理論與新方法，開發(fā)出多點(diǎn)成形實(shí)用化技術(shù)，并研制出集CAD／CAM／CAT于一體的無(wú)模多點(diǎn)成形樣機(jī)。  　 
四、技術(shù)基礎(chǔ)與水平  
    由吉林工業(yè)大學(xué)承擔(dān)的國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“大型板材三維曲面的自動(dòng)無(wú)模成形設(shè)備”已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)收鑒定，驗(yàn)收鑒定專家組對(duì)該項(xiàng)成果的總的評(píng)價(jià)是“多點(diǎn)成形技術(shù)是傳統(tǒng)的板類件三維曲面成形生產(chǎn)方式的重大刨新，具有良好的市場(chǎng)前景。該項(xiàng)目在多點(diǎn)成形設(shè)備、多點(diǎn)成形理論與實(shí)用技術(shù)的研究成果已達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，已具備工業(yè)應(yīng)用條件。” 
    （一）在多點(diǎn)成形設(shè)備方面： 
    吉林工業(yè)大學(xué)開發(fā)的集CAD／CAE／CAM/CAT于一體、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的板材無(wú)模多點(diǎn)成形設(shè)備總體構(gòu)成如圖：所示。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)主要進(jìn)行曲面幾何造型、工藝計(jì)算、成形過(guò)程有限元模擬等。自動(dòng)控制系統(tǒng)用于調(diào)整基本體群形狀，控制液壓加載系統(tǒng)成形出所需形狀的工件；三維曲面測(cè)量檢測(cè)成形后的工件形狀，并將測(cè)量結(jié)果反饋到計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 
    該設(shè)備與國(guó)外同類研究相比，具有如下特點(diǎn)： 
    1、一體化的CAD／CAE/CAM/CAT軟件系統(tǒng)：該軟件是目前國(guó)際上多點(diǎn)成形計(jì)算機(jī)軟件中規(guī)模最大、功能最多、考慮因素最全的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)成形過(guò)程的一體化處理。其CAD子系統(tǒng)根據(jù)零件的幾何形狀、材質(zhì)、板厚等原始資料，采用NURBS方法進(jìn)行曲面造型，進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)與計(jì)算；CAE子系統(tǒng)基于彈塑性大變形有限元程序，可以預(yù)測(cè)成形缺陷，計(jì)算回彈，確定關(guān)鍵的工藝參數(shù)，CAM子系統(tǒng)調(diào)節(jié)多點(diǎn)成形主機(jī)的上下基本體群，構(gòu)造柔性成形面，并控制主機(jī)進(jìn)行板材成形。  
    2、多功能的自動(dòng)無(wú)模多點(diǎn)成形機(jī)：既能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)模具成形，又能模擬多點(diǎn)壓機(jī)成形；而且既能進(jìn)行整體成形，又能進(jìn)行分段成形。  
    在此設(shè)備上己成形出大量的形狀復(fù)雜、變形量大、表面質(zhì)量好、尺寸比設(shè)備工作臺(tái)面積大數(shù)倍的三維曲面成形件。而且，在實(shí)際工件的模擬實(shí)驗(yàn)中，對(duì)高速列車車頭覆蓋件流線型部分的不對(duì)稱件也成功地進(jìn)行了多點(diǎn)成形，取得了在國(guó)際同類成形設(shè)備中最好的效果。 
    （二）在多點(diǎn)成形理論方面： 
    在多點(diǎn)成形理論研究方面取得了一系列新進(jìn)展，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有： 
    1．多點(diǎn)成形基本理論，提出了四種成形原理不同的、具有代表性的多點(diǎn)成形基本方式，即多點(diǎn)模具成形、多點(diǎn)壓機(jī)成形、半多點(diǎn)模具成形及半多點(diǎn)壓機(jī)成形。 
    2．缺陷產(chǎn)生機(jī)理：研究了多點(diǎn)成形中典型不良現(xiàn)象（壓痕、皺紋、回彈、直邊效應(yīng)）的產(chǎn)生機(jī)理，并研制出這些缺陷的抑制方法。 
    3．工藝設(shè)計(jì)理論：提出了抑制壓痕的工藝方法、消除直邊效應(yīng)的分段成形工藝方法、改變變形路徑的工藝方法和無(wú)回彈的反復(fù)成形工藝方法。 
    4．設(shè)備設(shè)計(jì)理論：提出了基本體與基本體群設(shè)計(jì)方法。多點(diǎn)成形設(shè)備關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 
    （三）在實(shí)用技術(shù)開發(fā)方面： 
     在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，解決了一系列實(shí)用化關(guān)鍵技術(shù)，主要有： 
    1、無(wú)缺陷彈性墊技術(shù)：可以有效地抑制壓痕，起皺等成形缺陷，使成形件的表面質(zhì)量大大提高； 
    無(wú)回彈反復(fù)成形技術(shù)：即利用多點(diǎn)成形柔性化的特點(diǎn)，采用反復(fù)成形工藝方法，減小工件的回彈及材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)板材小回彈或無(wú)回彈成形。  
    分段成形技術(shù)：即優(yōu)化過(guò)渡區(qū)成形模型，進(jìn)行大變形量、大尺寸零件的成形，實(shí)現(xiàn)小設(shè)備成形大工件，并使無(wú)模成形設(shè)備小型化。應(yīng)用該技術(shù)已成形出超過(guò)設(shè)備工作臺(tái)面積七倍的樣件，扭曲面總扭曲角超過(guò)40G。  
    多道成形技術(shù)：對(duì)于變形量很大的制品，選取最佳路徑多道成形，使成形過(guò)程中板材各部分變形盡量均勻，以消除起皺等成形缺陷，提高板材的成形能力。  
    閉環(huán)成形技術(shù)：即將自動(dòng)控制技術(shù)與CAT、CAD結(jié)合起來(lái)，對(duì)成形后的工件進(jìn)行三維測(cè)量，將測(cè)量的數(shù)據(jù)反饋到CAD系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)控制算法運(yùn)算后，計(jì)算出基本體群形狀的修正量，傳遞給控制系統(tǒng)再次成形，這樣反復(fù)幾次，可以達(dá)到精確的目標(biāo)形狀。 
五、應(yīng)用前景 
    不同形狀、不同尺寸的大型三維曲面板制品在輪船、艦艇、飛機(jī)、航天器、陸地車輛、大型容器以及不銹鋼雕塑等軍工和民品上比比皆是。近年來(lái)，隨著航空、航天、海運(yùn)、高速鐵路、化工以及城市建筑等行業(yè)的發(fā)展，對(duì)其需求也在不斷地增加，但落后的扳金彎形方法己不能適應(yīng)這種發(fā)展要求，三維曲面板制品生產(chǎn)迫切地需要先進(jìn)的制造技術(shù)。無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù)已經(jīng)成熟，可以直接用于實(shí)際生產(chǎn)。它特別適合于曲面板制品的多品種小批量生產(chǎn)及新產(chǎn)品的試制，所加工的零件尺寸越大、其優(yōu)越性越突出。無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù)將在輪船和艦艇的外扳、飛機(jī)和航天器的蒙皮、車輛、大型容器和城市雕塑的覆蓋件等三維曲面板制品加工中有著廣闊應(yīng)用前景，并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。