多点成形专利技术综述

高聪娟,张瑛（等同第一作者）

国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心 江苏 苏州 215000

摘要：多点成形是由基本体形成离散曲面来代替传统模具进行三维曲面成形的柔性加工技术。本文对多点成形技术领域的专利申请进行分析，从申请趋势、国别分布等方面进行统计分析，阐述了多点成形技术领域的发展路线，从模具成形和压机成形两个方面进行分析，对其技术方向和技术手段的发展脉络进行了梳理。

关键词：多点成形 离散成形 压机成形 模具成形

一、多点成形专利技术状况分析

1、申请趋势

多点成形的专利申请出现于20世纪八十年代，但是在1985年以前的申请量比较少，其发展过程可以分为两个阶段：一、1985年至2006年：该阶段的专利申请量呈现稳定，此时该技术只有日本、美国等少数国家进行研究，此期间专利申请量基本上一直维持一个比较稳定的范围。二、2006年至今：该阶段的专利申请量呈现相对增长比较快，这一阶段的申请主要出现在中国市场和韩国市场，说明在中国和韩国多点成形开始发展。

2、专利申请国家分布

在1999年以前，多点成形专利主要集中在少数发达国家手中，日本、美国和德国。且日本是最早开始申请这方面专利的，这主要是此时日本正处于经济高速发展时期，其造船业发展极为迅速。从1987年开始，美国和德国也开始申请该方面的专利。但是在1995年以前，日本专利申请量占用比较大的市场份额，该时期内美国的专利申请量比较稳定，虽然申请量没有超过日本，但是其专利申请量一直保持在一个稳定的状态，而其余国家的专利申请量比较少。从在2000年开始，中国有该方面的专利申请出现，且从2006年开始中国专利申请量急剧增加，韩国从2007年开始有这方面的专利申请，且从2008年开始急剧增长。

3、主要技术分支

随着多点成形的发展，目前，国内外行之有效的多点成形方法，按其基本体在成形中的移动状态分为两类，即模具成形（多点模具成形、半多点模具成形）和压机成形（多点压机成形和半多点压机成形）法。模具成形是多点成形方式中比较简单的一种形式，早期的多点成形主要是模具成形，但模具成形开始时是个别点与板材接触，这样对板材的压力分布不均， 易于产生压痕和起皱。随着多点成形的发展，压机成形越来越受青睐，由于压机成形时，所有基本体和板材实时接触，有利于抑制缺陷。

（1）模具成形

多点模具成形是多点成形工艺方式中比较简单的一种方式。在成形前，需要调节各基本体的高度形成目标曲面；在成形过程中，上、下基本体群分别作为上模或下模成为一体，相邻的基本体之间无相对移动。

在1980年，首次出现关于多点成形的专利申请（申请号：JP5674680A），该申请是日本三菱重工申请的。是通过上、下两排基本体作为模具，对金属板进行折弯加工，其中上、下模均以离散的冲头作为基本体，将上、下两排基本体整体固定在模具上，基本体不能单独运动，该文献首次记载了多点模具成形技术。由于多点模具成形开始时上、下基本体均是个别点与板材接触，这样对板材的压力分布不均，故出现了半多点模具成行。到1997年，日本钢管株式会社为了实现船体外板的自动弯曲及冷加工，开发了能够进行温度控制的半多点模具成形工艺（JP31454495A），其下模采用离散的冲头，将金属板置于压头上进行多点压弯成形，同时在压头中间布置冷却喷头，通过冷却喷头喷水对成形过程中的金属板温度进行控制。随着半多点模具成形的发展，出现了各种半多点模具成形的专利申请。如常见的拉形工艺（申请号：KR10-2009-0124820，CN201010586674.6），该技术是将下模采用离散的冲头，将工件两头采用夹紧装置夹紧，通过将工件向压头拉弯来进行成形。在半多点模具成形中，通常多点模具与板料之间需使用聚氨酯板弹性垫，以消除离散模具点接触对成形件的影响。但是，由于固体聚氨酯材料流动性有限，只能填充基本体之间少部分间隙，离散模具的影响仍能传递到成形件上，很难得到更高精度的成形效果。吉林大学的李明哲教授提出了一种采用充液垫来进行多点拉形的技术，采用柔性并具有足够强度的材料做成囊式装置，其腔内充入液体，在多点拉形时充液垫放置在多点模具与板料之间，液体流动后可以完全填充 点模具基本体冲头之间的间隙，形成连续光滑的模具型面，从而获得高质量、高精度的成形效果。另一方面，由于充液垫的存在，使板料在变形过程中处于液压胀形的状态，有利于改善板料的成形性，提高成形极限。

（2）压机成形法

多点压机成形是多点成形工艺方式中比较理想的方式，在成形前上下各基本体水平排列， 间隔距离均等于板厚成形开始时所有基本体同时移动 成形结束时同时停止。在成形过程中，相邻每个基本体都是以各自的时间位移曲线运动，不仅调整其位移， 还调整其速度，可以得到更好的成形效果。

压机成形的专利申请始于1987年的多点压机成形技术，九州工业技术试验所的山下勇等人（申请号：JP7727686A）提出的采用柔性辊作为基本体来对金属板进行弯曲的技术。是通过上、下两排基本体作为模具，对金属板进行折弯加工，其中上、下模均以离散的柔性辊作为基本体，每个柔性辊采用液压设备控制，柔性辊能够运动，该文献首次记载了多点模具成形技术。由于多点压机成形工艺需要对每个基本体进行控制，因而设备昂贵、难以进行精确控制。故到1999年，韩国科学技术研究院提出了半多点模具成形的专利申请（申请号：KR10-19990027063）。其中上模采用离散的冲头作为基本体，下模采用弹性垫，基本体通过液压控制单独运动，将金属板放置在离散的冲头和弹性体之间，通过驱动冲头向金属板靠近进行弯曲成形，其中弹性体也可设置为多个。由于弹性体压机成形工艺受弹性体自身的变形程度限制，很难对形状复杂的零件成形，故重庆工学院申请了关于粘性介质半多点压机成形工艺（CN200610054360.5 ）。其中上模采用离散的冲头作为基本体，下模粘性介质型腔，基本体通过液压控制单独运动，将金属板放置在离散的冲头和粘性介质之间，驱动冲头向金属板靠近成形。由于弹性体和粘性介质的流动性有限，只能填充基本体之间少部分间隙，离散模具的影响仍能传递到成形件上，很难得到更高精度的成形效果。故哈尔滨工业大学提出了半多点压机胀形成形（CN201410100252.1），该工艺是将半多点压机成形工艺与胀形工艺结合，将上模设置成多个离散的冲头，金属板置于冲头和液压腔之间，通过控制各个冲头的运动，通过冲头与充液腔配合实现板材的成形。

二、结语

通过上述分析可以看出，多点成形技术最早出现在日本，且在2000年以前，日本的申请一直占据主导。而中国是从2000年开始才由吉林大学的李明哲教授开始申请这方面的专利的。从2006年开始，中国的申请量猛增，通过对中国申请人的分析可知，申请最多的也是高校和科研院所。可见，在中国该技术并没有得到大规模的工业化。但是，随着经济的发展，传统的板材的曲面加工方法的局限性越来越明显，相信其还有很大的改进空间，中国在近几年该方向的专利也会相应增加。
作者简介：
高聪娟1987.1女 汉族籍贯：甘肃定西硕士研究生学历 助理研究员金属压力加工方向

张瑛      1987.07 女 汉族 籍贯：江苏无锡  硕士研究生学历助理研究员  金属铸造加工方向

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