1.1 柔性板材渐进成形技术的产生和发展

板材成形又称为冲压成形，其中成形工序包括弯曲、拉伸、翻孔、翻边、胀形、缩口等，在国民经济的主导行业加工工业中占有重要的地位。随着航空航天等高技术产业的迅速发展，在先进飞机、航天器、高端武器装备及样机制造中，对高性能、轻量化、变批量复杂形状薄壁板材构件的交货期和产品质量提出了更高要求，使现有的成形技术受到了挑战。大力研究开发新型柔性板材快速成形工艺刻不容缓，它是提高生产效率、节省资源成本的有效途径，对发展和提升我国薄壁板材件制造技术水平和能力具有重大战略意义。传统的板材成形工艺因模具制造费用高昂、设计与调试周期长，严重制约着板材制造业的生产水平。尽管旋压成形可以在保证成形极限的条件下提高板材成形质量和精度，但其主要适用于制造旋转体零件。板材渐进成形工艺作为一种新兴的柔性无模板料成形技术，引入了快速成形技术的“分层制造”思想，不依赖于模具，可加工非旋转体复杂曲面件，开发时间及经济成本要大大低于传统冲压成形技术，尤其在小批量生产中具有巨大优势，极大地丰富了板材成形手段。在航空航天、交通运载（汽车、轨道交通工具、船舶）、能源装备和医疗器械等领域具有广泛的应用潜力，如航天领域的火箭筒体壁板、整流罩，航空领域的飞机蒙皮，汽车及轨道交通中的钣金，船用散热翅片，医疗中的颅骨、额骨修复体等。综合考虑成本、时间和产量的情况下，渐进成形技术应用潜力巨大。

数控板材渐进成形技术是一种柔性板材成形工艺，适用于快速成形和小批量生产，在成形过程中，利用计算机数控（CNC）系统控制通用成形工具，使板材逐层成形，最终达到要求的三维形状。与冲压等传统成形方式不同，渐进成形过程的特点是在任何时候材料只有一小部分区域（局部）处于变形状态，局部变形的区域随着板材和工具头的相对移动在整个板材上移动，直到得到所需的几何形状。利用渐进成形技术，可以直接通过零件三维数字化模型成形零件而不需要专用模具，尤其适合小批量生产和个性化定制产品。

柔性渐进成形技术最早是在1967年由Leszak提出并获得发明专利的，Kitazawa等人应用铝合金制作了旋转体工件验证了渐进成形技术的可行性。数控渐进成形技术是在1994年由日本学者松原茂夫提出的，其对渐进成形的概念、成形过程和特征进行了详细的阐述，并且通过与传统的利用模具的板材成形技术进行比较，证明了该技术的先进性。随后，渐进成形技术引起了众多国内外学者的研究兴趣。国际上，有代表性的研究团队包括比利时鲁汶大学的Duflou，英国剑桥大学的Allwood，美国西北大学的Cao，加拿大女王大学的Jeswiet，德国亚琛工业大学的Hirt及意大利巴勒莫大学的Micari等。在商业化方面，由福特汽车公司、波音公司、美国西北大学、美国麻省理工学院等开发了基于双面渐进成形的快速自由板材成形技术；欧盟第六和第七框架计划分别资助200万欧元和400万欧元，由空客公司、欧洲宇航防务集团、WSK Rzeszów（波兰航空发动机部件制造商）、德国亚琛工业大学、英国焊接研究所、西班牙Tecnalia公司联合开发激光辅助加热渐进成形技术。美国国防部一期投资700万美元，二期投资1300万美元，由波音公司、洛克希德·马丁公司、麻省理工学院、西北大学联合开发渐进成形技术。在国内从事渐进成形技术研究较早的是哈尔滨工业大学的王仲仁、戴昆等，他们对渐进成形的基本原理、成形工艺过程等进行了研究与分析并提出了两种作用方式：逐点作用方式和连续轨迹作用方式。吉林大学李明哲等自主研发了曲面无模多点成形压力机，并对多点渐进成形工艺有关基础理论和应用研究进行了深入系统的探索。华中科技大学莫健华教授团队自主研制了国内第一台数控金属板材数字化渐进成形设备并开发了相应的系统控制软件，对汽车覆盖件等实际应用产品进行了试制。南京航空航天大学高霖团队提出了对板材进行电加热的渐进成形方法，并对镁合金和钛合金成形性能进行了研究。近些年来，上海交通大学陈军团队提出了基于工业机器人手臂的单点/双点复合渐进成形方法来获得更均匀的减薄率及更高的加工效率。北京航空航天大学李小强开发了重载渐进成形机床，研制了多种铝合金航空蒙皮件并成功装机使用。山东大学李燕乐将超声能场引入板材渐进成形中，旨在改善薄板渐进成形中材料的塑性流变特征，有望突破传统渐进成形中表面质量、精度及成形能力不足等问题。当前，渐进成形技术在国内受到了越来越多学者的关注与探索，也取得了一些富有成效的研究成果，在此不再赘述。