摘要：多点成形压力机采用方形压头、可调模具零件型面技术，是新型的双曲度板材成形加工方法，设备结构简图如图1所示。通过调节下压头6的高度，下压头群7构成模具形状，将板材5放置在下模上，液压装置1推动上模基体2向下运动，上压头群3下压，上压头4旋转自动拟合成曲面形状，设

1多点成形设备

多点成形压力机采用方形压头、可调模具零件型面技术，是新型的双曲度板材成形加工方法，设备结构简图如图1所示。通过调节下压头6的高度，下压头群7构成模具形状，将板材5放置在下模上，液压装置1推动上模基体2向下运动，上压头群3下压，上压头4旋转自动拟合成曲面形状，设备上下同时施加压力将板材弯曲成形，图2所示为板材压弯成形（简称压形）流程。

与单点压力机相比，多点成形设备使用专门的计算和控制软件，根据理论数据可快速重构模具零件型面，自动实现对板材的成形，成形精度控制在±3mm。多点成形的成形面可调、成形效率高、操作灵活、节省了制造成本，缩短了模具制造周期，目前已广泛应用在船舶等工程领域。

为了提高板材的成形符合率，需要对板材型面进行理论分析，为后续压形提供方法，主要体现在以下5个方面：曲率分析、压形分块、扭转分析、扭转轴分析和曲面展开设计，如表1所示。现以图3所示典型成形模为例进行叙述。

2.1曲率分析

CATIA中可以对板材表面进行外形曲率分析：即弦向曲率分析、展向曲率分析、外形衍射分析、箭状曲率分析、弓高分析。利用CATIA软件的曲率分析模块对准压形面进行曲率数值和弓高测量，分析板材外表面型面的弦向、展向曲率半径，找出最大值和最小值区域，得到外形衍射云图，根据多点成形设备压形的最大曲率、弓高和尺寸限制判断能否采用该设备进行压形，对准压形面进行分类、分区、分割，为板材压形提供理论数据支撑。

在CATIA中ICEMShapeDesigAeroExpert模块对型面的最大/最小曲率半径、衍射方向进行分析，如图4~图6所示，根据分析结果可知，最小曲率半径为图4所示中间深色区域，曲率半径在R50~200mm；最大曲率半径为图5所示的深色区域，曲率半径在R30000mm左右。

2.2压形分块

板材分段原则如下。

（1）板材成形工艺包含单点压形的情况，工装整体高度

（2）板材成形工艺包含多点压形的情况，压形板材宽度R350mm。

（3）板材分块需保证对接焊缝尽可能少，对接焊缝处于隔板立筋上，可降低焊接变形。

（4）优先按照板材曲率半径大小进行分块。

（5）分块板材单工位多点压形时2000mm范围内弓高

（6）分块板材多工位压形时，保证压形过程中板材最高点与机床面的距离

表2所示为单点压力机、多点压力机-单工位和多点压力机-多工位的压形设备工艺参数，给出了设备的限制参数和压形曲率半径。根据2.1节分析的最大/最小曲率半径和表2对型面进行分块，沿曲面的脊线方向分型，后续压形效果会更好，如图7所示。

2.3扭转分析

对曲面1沿长度方向每200mm做一条和端头平行的曲线（平面），如图8所示，连接每条曲线的端点得到9条线段，将每条线段投影到第1条曲线所在平面，如图9所示，分析曲面1扭转，各曲线相对曲线1扭转如表3所示。通过分析可知曲面1扭转基本线性的变化，曲面1整体扭转16°左右。同样地，对曲面2进行扭转分析，如图10和图11所示，根据分析结果可知曲面2整体扭转角度趋近于2.7°左右，如表4所示。

2.4扭转轴分析

突出显示分析：使用等距离的黑色条纹，观察条纹在曲面上的反射情况，分析曲面的状态和品质。根据弯曲疏密，可以判断曲面的平缓、弯曲之间的关系，通过改变指示灯的位置，可以对曲面进行X向和Y向突出显示分析，多点压力机对曲面的压形可以参考X向和Y向突出显示分析结果。因为曲面1为双曲外形，有2个扭转轴，如图12和图13所示，曲面2近似为单曲外形，2条曲线扭转趋势相近。

2.5曲面展开

板材在弯曲过程中外层受到拉应力，内层受到压应力，从拉到压之间有一层即不受拉力又不受压力的过渡层，即中性层，中性层在弯曲过程中的长度保持不变，所以中性层是计算展开和板厚处理的依据。中性层位置随板材的弯曲程度而变化，当相对弯曲半径（弯曲内表面半径R与板厚t之比）R/t＞5时，中性层位于1/2板厚，即中心层与中性层重合。当相对弯曲半径R/t＜5时，中性层位于板材内侧，其具体位置可根据下式计算：

R0=R+Kt（1）

其中，R0为中性层曲率半径，mm；R为内表面曲率半径，mm；K为中性层位置的经验系数；t为板材厚度，mm。

根据分析的曲率及公式计算的中性层位置，通过CATIA软件展开定义模块进行展开，得到压形板材的展开面，用于精准下料与后续压形。

2.6压形方案确定

多点成形方案如图14所示，深色网格代表下模压头位置，浅色网格代表上模压头位置。图14（a）、（b）所示为曲面1的多点压形位置，使上下压头尽量沿曲面1的扭转轴方向；图14（c）、（d）所示为曲面2的多点压形位置，使上下压头尽量沿曲面2的扭转轴方向。

曲面1和曲面2经过多点压力机压形后，误差为±3mm，所以还需要单点压力机进行压形，将曲面1、2的板材均匀放置在成形模的框架上，如图15所示，让单点压力机的液压压头沿着曲面1和曲面2的深色条纹压形，等距施加压力让板材弯曲成形。因为曲面1为双曲外形，曲面1的弯曲成形最后还需要沿图12的扭转轴趋势再次压形，保证板材较好地贴合于框架上，提高板材成形率，最后将板材组焊在框架上，焊接填补分块型面的缝隙。

非接触式激光测量装置由贯通式轨道、伺服电机、精密齿轮齿条、XYZ三坐标运动单元等构成，如图16所示。测量过程中X向端架按照基体间距沿X向间歇运动，也可按照工艺需求调整X向进给的间距。Y向运动单元、Z向运动单元在测量过程中为组合运动，使测量头与被测曲面始终保持200~300mm的等间距，保证测量数据的准确性。沿Y向做连续运动，采点数据既可以按照下模基体中心点定点采数，也可按照给定Y向采点个数采集数据，使采点的规则更加丰富和准确。

压形完成后，利用多点压力机激光检测功能进行测量：“自动测量”是根据所压板材的形状，自动判断范围并自动运行到板材上测量；“选定测量”是根据板材所在的行、列位置，对位于选定行列位置范围内的板材进行测量。测量后生成压形板材实际曲面数据，在压形专用数据软件中与理论曲面数据对比生成测量云图，并输出补偿数据，二次导入压形操作软件中进行板材型面的修正。

来源：小帆科技观