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中国原创 李明哲团队攻关板材柔性成形系列技术

2014年06月18日 10:31中国机床商务网点击:6132

  【中国机床商务网 科技动态】吉林大学教授、吉大辊锻工艺研究所所长李明哲带领的团队,成功完成板材柔性成形系列技术以及相关产品的系列化,攻克多项难题,目前中国原创的板材柔性成形技术已达全球领先。
  
  近年来,由吉林大学教授、吉大辊锻工艺研究所所长李明哲负责的科研团队可谓成效斐然:所研发的板材柔性成形系列技术已达到全球领先,先后承担与完成了与该技术相关的众多国家和省部级科研项目,其中仅国家重点科技攻关计划、863高技术计划、自然科学基金等国家级项目就有十多项,还曾获得欧盟第六、第七框架协议的国际合作项目资助,从而取得了一系列具有自主知识产权和技术水平达到国际领先的成果。主要包括获第12届中国专利金奖,拥有已授权的国家发明专利24项及美国发明专利一项,获得国家科技进步二等奖一项,省部级科技进步一等奖三项,省级技术发明一等奖一项,中国国际发明展览会金奖一项,上海国际工业博览会创新奖一项。带头人李明哲也在由中国发明协会组织的中国第五届“发明创业奖”评选中获得特等奖,并被授予“当代发明家”称号。与此同时,在实用化方面,该团队还成功开发了具有独立知识产权的世界第一台商品化的板材多点成形压力机,并随之完成了板材柔性成形系列技术以及相关产品的系列化,从而得到了国内外同行专家的高度赞誉。
  

  柔性拉伸成形机配套多点数字化模具成形曲面零件
  
  (一)据李明哲对记者介绍,在现代制造业中,需要使用成千上万的各类模具生产形状各异的板类曲面零件,尤其是在飞机、轮船、各种车辆等产品的覆盖件制造中,必需的模具制造与调试往往需要几个月甚至十几个月的加工周期与巨额资金,从而严重影响着众多产品的研发、生产效率、制造成本和更新换代。因此,实现板类件的无模成形或柔性加工,一直都是全球专业技术人员梦寐以求的夙愿。
  
  通俗地说,板材柔性成形技术是一种全新的曲面成形技术,主要思路是将整体模具离散化,在一台设备上布置很多基本体单元,通过计算机控制这些基本体单元的高度,形成型面可变的柔性模具,达到对板材柔性成形的目的,而无需对每一种零件都制作相应的模具。采用这一技术后,可节约大量宝贵的时间与昂贵的模具费用,缩短新产品研制及生产周期,并对产品的更新换代做出快速反应。因此,可以毫不夸张的说,这是对传统加工制造业的一次革命。
  
  如今,国外与板材柔性成形技术相关的研究主要集中在日本、美国和韩国。日本自20世纪70年代起,就曾有很多研究机构与企业投入巨资开发过相关技术,但现仍处于停滞不前阶段,距商品化及产业化还有一定的距离。韩国有一个国家级研究机构的项目负责人,在多年前看到李明哲的研究成果后,就一直跟踪这一技术,并通过本国的政府部门与多家企业的资助投入了大笔经费,先后开发了两台实验装置,但一直没有获得成功。现在国内外只有李明哲和他的团队真正实现了板材柔性成形系列技术与装备的商品化与产业化,并建立了完整的多点数字化成形技术体系。
  
  李明哲及其科研团队早在1993年就开始了这一系列技术的研发,在吉林大学组建了无模成形技术开发中心,随后又组建了产学研实体——长春瑞光科技有限公司。目前他们已经成功开发出了具有自主知识产权的十余种板材柔性成形系列装备,已广泛应用于高速列车、飞机、船舶、建筑、医学等多个领域,并取得了显著的经济效益与社会效益。
  
  (二)这其中,板材无模多点数字化成形技术和装备,就曾经在国家多个重点工程和项目中发挥了几乎是不可替代的作用。北京奥运会主场馆——鸟巢建筑工程在施工时,曾面临三大世界性技术难题,其中之一就是大量使用的大型弯扭箱形钢板构件成形。其三维扭曲像麻花一样,各构件的弯扭形状与尺寸都不一样,而且所用高强度钢板的厚度从10mm变化到60mm,成形相当困难。如采用模具成形,将花费巨额的模具制造费用;采用水火弯板等手工方法成形,由于很难实现连续的圆滑成形,不易保证成形精度。为此,鸟巢工程承建单位之一的浙江精工集团委托李明哲团队和他们的“瑞光公司”制造了一台SM150型大吨位快速调形多点数字化成形设备,交付使用后,成形效率非常高,十多分钟就能完成一块大型钢板的弯扭成形,一天就可以成形几十块钢板,而且节省了昂贵的模具费用。在承担“鸟巢”工程全部桁架钢结构制造的三个企业中,“浙江精工”任务量最大,且起步最晚。但由于他们采用了无模多点成形装备,很快就完成了任务,从而解决了大型弯扭箱形钢板构件成形这一技术难题。
  
  除此之外,无模多点数字化成形装备加工出的产品质量也很高,还减少了污染和噪音,实现了环保和绿色制造。
  
  “浙江精工”对此次与李明哲团队的合作也非常满意;特地赠送了他们一块牌匾,上书两行金色大字:“奥运鸟巢攻难关,多点成形显神通”。
  
  最近,李明哲团队又把这一技术应用在船舶工业,与两家企业合作研发成功船舶用大型多点数字化成形压力机,从而一举解决了高强度钢板船体成形的难题。该难题是我国船舶工业特别是大型军用船舶急需的一项关键技术,难点主要体现在用高强度钢板实现船体成形时,由于强度高且板料厚度变薄,相比普通造船用钢板,其回弹更大,更容易出现皱纹,从而成形难度增加数倍。为此,李明哲团队用了8个月的时间攻关,最终用无模多点数字化成形装备突破了这一技术“瓶颈”。
  
  (三)而李明哲团队研发的板材柔性拉伸成形技术和装备则在我国建筑幕墙等领域甚至国际市场上声名远扬。蒙皮拉伸成形技术一直是航空工业中大型蒙皮成形必不可少的技术,主要用于加工飞机蒙皮。应用此类技术的装备一直由美国和法国少数几家公司所垄断,设备售价动辄几千万人民币。需要特别指出的是,这一技术不只在航空领域,其他行业亦有很大需求。但遗憾的是,由于相关设备售价太高,过去在别的领域几乎就没有应用。针对这一现状,李明哲团队在2009年提出了一种多夹钳式高柔性拉伸成形思路,用不到一年的时间,就开发出两台小型试验机和一台实用拉伸成形机。而后,他们把这种新的拉伸成形技术应用于高铁和建筑幕墙领域,为国内一家大型铁路客车生产企业批量提供了动车组车头覆盖件。这些覆盖件如果用老方法加工,效率至少低5~8倍,质量也很难保证。
  

  韩国首尔东大门设计广场使用了2万多张铝合金三维曲面覆盖件
  
  另一个应用实例更引人注目:韩国为改善首都形象,准备在首尔市的东大门附近造一个地标性的建筑。由于该建筑将使用2万多张三维曲面板,且尺寸形状没有相同的,纯属个性化制造。因此,准备承接这一工程的多家韩国公司为了解决这一号称世界上最大的非标建筑的三维曲面成形难题,先后找遍本国、美国乃至欧洲都失望而归,最后还是在网上查到李明哲团队已解决了这一难题。于是,好几家韩国公司先后来到中国,希望与李明哲团队合作,获得技术支持。其中有一家公司中标后,很快就与他们签订了相关设备的订购合同。该装备既有多点数字化模具,又包括多夹钳式柔性拉伸成形机,还配有压力机。其主要功能既可以多点对压成形和多点拉伸成形,又可以拉压复合成形,进而形成了一套具有多个功能的拉压成形系统。需要特别强调的是,这一成套装备属于国际首创,是李明哲团队20年研发的结晶,它的问世彻底解决了大型三维曲面覆盖件成形这一难题。韩方在顺利完成2万多张三维曲面板的加工任务后,对李明哲团队给予了高度评价,认为如果没有中国的技术,首尔市的这一地标性建筑最终只能修改设计方案。而世界上这样的先例并不鲜见。
  
  (四)尽管取得如此成就,但李明哲团队在板材柔性成形系列技术的研发上仍在不断发展和延伸,已开发出由柔性卷板成形、高效旋压成形和曲面轧制成形等形成的连续多点辊压成形技术。运用上述技术将比单纯的多点成形技术提高生产效率10倍以上,而且成形时加工长度不受限制,加工面积亦可增加10多倍。目前他们已制造出相关样机,其中的柔性卷板成形机和高效旋压成形机还获得了美国专利。对这些技术,英国、荷兰以及韩国的多家公司均极为关注,经常询问进展情况,并表示要购买相关设备。这其中有一家荷兰为欧洲“空客”配套的公司更是急需此类装备,李明哲团队正在为其研制。
  
  与此同时,他们还研发出板材柔性压边成形技术和板材柔性拉边成形技术。这两项技术主要适合于汽车和飞机制造中复杂形状零件的试制与小批量生产,其特点是相比目前普遍采用的模具加工方式,工装制造费用和生产准备时间均可节约一半以上,产品质量则完全满足需求。更难能可贵的是,这些新技术均属李明哲团队原创,目前无论是国内还是国际上,都还没有这种思路和技术。

(原标题:李明哲团队:板材柔性成形系列技术全球领先)
(来源:中国工业报)

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