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    數(shù)字化成形技術(shù)--發(fā)達(dá)國家的企盼

    其實(shí)，多點(diǎn)成形這一設(shè)想日本人早在20世紀(jì)50年代就已提出。幾十年來，日本、美國等技術(shù)發(fā)達(dá)國家的一些研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)一直進(jìn)行著有關(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把該技術(shù)應(yīng)用于船體外板的曲面成形；但由于沒有掌握其中的關(guān)鍵技術(shù)，尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。美國的大學(xué)與企業(yè)也對型面可重構(gòu)的柔性成形技術(shù)進(jìn)行了幾十年的研究與探索，制造過實(shí)驗(yàn)室原型機(jī)。后來，由美國麻省理工學(xué)院與美國航空部門聯(lián)合投入1400萬美元，開發(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。

　　長春瑞光科技有限公司是目前在國內(nèi)外唯一實(shí)現(xiàn)了板類件多點(diǎn)數(shù)字化成形壓力機(jī)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(dǎo)，專門從事多點(diǎn)數(shù)字化成形設(shè)備的開發(fā)與制造。

　　長春瑞光科技有限公司以吉林大學(xué)無模成形技術(shù)開發(fā)中心為技術(shù)依托單位，擁有專職研發(fā)人員二十余人，其中教授五人、副高級職稱人員五人，具有博士學(xué)位的研究人員九人，專業(yè)覆蓋機(jī)械、材料加工、流體傳動、力學(xué)、自動控制、計算機(jī)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(shè)計與開發(fā)，具有強(qiáng)大的人才優(yōu)勢。通過對多點(diǎn)數(shù)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(tuán)隊(duì)掌握了一系列關(guān)鍵技術(shù)，在其基礎(chǔ)理論、軟件開發(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，超過國內(nèi)外相關(guān)論文總數(shù)的三分之二。同時，瑞光公司還擁有一批經(jīng)驗(yàn)豐富的工程技術(shù)人員、熟練的技術(shù)工人及營銷人員，可滿足產(chǎn)品設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)及銷售等各種需要。公司十分重視科研開發(fā)活動，設(shè)有多個研發(fā)部門，并配置了完備的設(shè)備設(shè)施，包括產(chǎn)品研發(fā)室、成形實(shí)驗(yàn)室、軟件開發(fā)室、設(shè)計室、電氣開發(fā)室等研發(fā)部門。并配置了四臺多點(diǎn)成形機(jī)及三坐標(biāo)測量儀、激光測量儀、數(shù)控加工中心、高檔微機(jī)等高精尖設(shè)備，為研發(fā)人員提供了充足、良好的研發(fā)環(huán)境。

　　瑞光公司董事長李明哲是留日博士、吉林大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，是中國機(jī)械工業(yè)科技專家、享受國務(wù)院政府特貼、教育部“跨世紀(jì)優(yōu)秀人才培養(yǎng)計劃”人選及全國“百千萬人才工程”首批人選、吉林省首批省管優(yōu)秀專家、吉林省有突出貢獻(xiàn)的專業(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，他從板材無模多點(diǎn)成形的新穎構(gòu)想開始，經(jīng)過不斷探索和鉆研，主持開發(fā)出世界第一臺計算機(jī)控制的無模多點(diǎn)成形實(shí)用機(jī)，使板材的無模成形成為現(xiàn)實(shí)。1993年回國后，李明哲教授組建了吉林大學(xué)無模成形技術(shù)開發(fā)中心，繼續(xù)在多點(diǎn)成形技術(shù)方面進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究與開發(fā)工作。在多點(diǎn)成形基礎(chǔ)理論、專用軟件、實(shí)用技術(shù)以及設(shè)備開發(fā)等方面取得了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)、達(dá)到國際領(lǐng)先水平的成果；并為推動該技術(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(nèi)外有關(guān)專家的高度評價并受到有關(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(jī)蒙皮制造用數(shù)字化調(diào)整裝置”被列為歐盟第六框架協(xié)議國際合作項(xiàng)目。該項(xiàng)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、西班牙與意大利等國家的四家研究機(jī)構(gòu)與企業(yè)共同參與，其中由吉林大學(xué)與瑞光公司負(fù)責(zé)多點(diǎn)成形與多點(diǎn)拉形兩種設(shè)備的主要研發(fā)工作。該項(xiàng)目是歐盟框架協(xié)議計劃實(shí)施以來，中方參加單位在航空航天領(lǐng)域獲得歐盟研究經(jīng)費(fèi)最多的一個項(xiàng)目；亦是我國科研人員在與西方發(fā)達(dá)國家進(jìn)行裝備制造業(yè)的頂尖技術(shù)合作中，首次居于主動與主導(dǎo)地位的項(xiàng)目。這個事實(shí)從一個側(cè)面說明歐盟國家充分認(rèn)可吉林大學(xué)與瑞光公司在多點(diǎn)數(shù)字化成形研究與開發(fā)方向的技術(shù)水平。目前已有幾家歐盟用戶正在聯(lián)系相關(guān)設(shè)備的訂購事宜。

　　（三）數(shù)字化成形———巨大的應(yīng)用潛力有待進(jìn)一步挖掘瑞光公司的多點(diǎn)數(shù)字化成形設(shè)備已在鳥巢建筑工程、高速列車、船體外板、醫(yī)學(xué)工程等多個領(lǐng)域成功應(yīng)用，創(chuàng)造了極大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。除了這些領(lǐng)域外，該設(shè)備還有更廣闊的應(yīng)用前景。

　　汽車工業(yè)是當(dāng)今全球性的支柱產(chǎn)業(yè)，而在汽車制造業(yè)中應(yīng)用最多的加工件是各類覆蓋件。轎車、客車的覆蓋件約占整車零件的40%~60%，貨車的覆蓋件也達(dá)20%~30%。這些零件形狀復(fù)雜，成形難度很大。傳統(tǒng)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(shù)套模具，經(jīng)多道工序才能完成。模具制造的成本極高、開發(fā)一個車型的覆蓋件模具一般需要數(shù)千萬元乃至1億~2億元的投入，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，平均需要一年以上的制造周期。同時，模具還要經(jīng)過多次調(diào)試與修改。而用模具生產(chǎn)還要使用重型設(shè)備，多數(shù)為幾百噸甚至幾千噸的壓力機(jī)，因而要花費(fèi)大量的資金。因此，傳統(tǒng)的汽車覆蓋件生產(chǎn)方式嚴(yán)重制約新車型的開發(fā)進(jìn)程。如果采用數(shù)字化成形裝備可以實(shí)現(xiàn)覆蓋件的快速、高質(zhì)量、低成本生產(chǎn)，加快車型的更新?lián)Q代、提高市場競爭力。因此，這一技術(shù)在新車型開發(fā)及概念車、豪華車等個性化車型制造方面將具有非常廣闊的應(yīng)用前景和極大的國內(nèi)外市場。我國汽車業(yè)發(fā)展迅猛，有眾多的汽車制造廠，各汽車廠家都在開發(fā)自己的新車型，這些廠家都是薄板沖壓件多點(diǎn)成形技術(shù)的潛在用戶，因此，可以毫不夸張地說，數(shù)字化成形設(shè)備具有廣闊的市場。我國各種汽車年產(chǎn)量已近千萬輛，在汽車覆蓋件生產(chǎn)中采用多點(diǎn)數(shù)字化成形技術(shù)將通過節(jié)省模具及其加工制造費(fèi)用、降低生產(chǎn)成本等環(huán)節(jié)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。為了實(shí)現(xiàn)汽車覆蓋件的數(shù)字化成形，瑞光公司將投入更多的人力與物力，開展相關(guān)工作。

　　李明哲及其科研團(tuán)隊(duì)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(chǔ)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(xù)多點(diǎn)成形新概念；開發(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(jī)引入多點(diǎn)調(diào)整式柔性輥概念，使其工作輥由固定的剛性直輥?zhàn)兂煽梢匀嵝钥刂频目蓮澢仯瑥亩軌蚱仁贡怀尚蔚陌辶喜粌H可以在其縱向產(chǎn)生塑性變形，還可以在橫向沿著柔性輥的不同彎曲形狀產(chǎn)生相應(yīng)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(jī)，實(shí)現(xiàn)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成形原理，在傳統(tǒng)的旋壓成形中引入了多點(diǎn)調(diào)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)接觸變成線接觸，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)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(qū)尺寸，并且使變形路徑更趨合理，顯著提高成形效率與加工精度。目前，瑞光公司已經(jīng)開發(fā)出高效旋壓成形簡易實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)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(xù)多點(diǎn)成形技術(shù)，生產(chǎn)效率能達(dá)到傳統(tǒng)卷板或旋壓成形時的數(shù)倍，甚至數(shù)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工件的制造中可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。再經(jīng)過進(jìn)一步的深入研發(fā)，還可以實(shí)現(xiàn)高效柔性成形裝置柔性輥的實(shí)時控制。這種技術(shù)可以用于異型復(fù)雜曲面的數(shù)字化制造中，從而產(chǎn)生更為可觀的社會和經(jīng)濟(jì)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(xiàn)高效率、低成本的生產(chǎn)。目前國內(nèi)外還沒有該類設(shè)備出現(xiàn)，因此具有極大的國內(nèi)外市場潛力。這種技術(shù)在機(jī)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(yīng)用前景。