无模金属板料成形技术(单点渐进式成形)7.7
无模金属板料成形技术(单点渐进式成形)7.7
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单点渐进式成形技术简介
无模金属板料的成形技术是国际上一种先进的柔性加工工艺。该工艺不需 要专用模具，具有生产周期短、成本低的优点。特别适合于小批量、多品种、 复杂金属板材零件的生产。
以汽车工业为例，汽车覆盖件是汽车关键零部件中的关键领件，随着汽车 市场的竞争日趋激烈，汽车生产已经呈现出多品种、换型周期短的特点。按传 统工艺，开发一个车型全套的覆盖件模具一般需上亿元的投入，而且需要一年 以上的制造周期。
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无模板料成形技术应用前景
在当今世界，随着生产力水平的提高，制造业需要成千 上万各类模具以生产出形状各异的产品及零部件。尤其是 在飞机、轮船、汽车等产品的覆盖件制造上，更需要大量 的模具，其制造和调试除要花费巨额资金外，加工周期也 往往需要几个月甚至十几个月。而且产品一旦换型，模具 也必须随之更换，从而严重制约了制造业的发展。而无模 成形技术就是要成为万能板材成形机，不用模具就能生产
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技术介绍
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传统的金属板料成形方式
传统的金属板料成形方式 冷冲压等板料成形方法在汽车等工业中占有重要地位； 广泛应用于汽车覆盖件的大批量生产； 除需要大型冲压机床外，模具要求高，造价昂贵，制造周期长。
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单点渐进式成形的成形方法
无模金属板料成形技术（单点渐进式成形）
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公司介绍
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公司介绍
澳富特（AFT）公司是无锡市2009年度的530重点项目之一，是致力于 金属板材快速成型技术的高科技公司。 该项目技术独步于国内，具有国际领先水平，并已拥有多项发明专利及 实用新型专利等自主知识产权，公司还在继续申请国内外的相关专利。 正在与上海交通大学、华中科技大学、哈尔滨理工大学、江苏大学等建 立产学研平台，开展联合攻关，加速拓宽该项目技术的应用领域及该项目 技术的不断升级。 该项目得到了无锡市及新区科技局的重视和大力支持。
单点渐进成形原理
单点渐进成形原理IDMEC，研究所高级Tecnico，TULisbon，葡萄牙机械工程学系，丹麦技术大学，丹麦摘要：本文介绍了完整的单点渐进成形的基本原理理论分析模型，解释了过去几年里文献中实验和数值结果的可信性。
该模型是基于平面内双向接触摩擦的膜分析，以单点渐进成形过程中发现的极端的变形方式重点。
本文全部的研究都来自作者的实验，数据来自检索到文献。
关键词：金属薄板成形性能单点渐进成形1.简介单点渐进成形（SPIF）是一种具有高潜力应用的快速原型制造和少量生产经济收益的新型板材成形工艺。
图1介绍了该进程的基本组成部分：（i）金属板坯料，（ii）压板（iii）垫板及（iv）单点旋转成形工具。
该压板是单点渐进成形工艺中用来夹紧和夹住工作板的。
该垫板支持支撑板料其开口确定了单点渐进成形工具的工作区域。
该工具是用来逐步将板料成形为一个工件，其路径是由数控加工中心产生。
在成形工艺中有没有备份模具支撑板料的背面。
大多数关于SPIF的研究结果与工艺的应用和成形极限有关。
到目前为止，研究得出结论认为该工艺的成形性可由四个主要参数来决定[1]：（i）板材厚度，（ii）轴向进给量，（iii）速度（包括转速和进给速度）及（iv）成形工具半径。
第一个参数的影响通常解释为正弦定律。
关于第二个参数，一般认为成形性随着轴向进给量的增大而减小，但是由Ham和Jeswiet （文献[2]）提供的新的结果似乎表明，轴向进给量本身对成形性影响不大。
众所周知，成形工具的速度影响成形性，因为其直接影响成形工具与板料间的摩擦条件。
较小成形工具的半径可以具有更好的成形性，这是由于成形工具下方的板料变形区域存在应变集中。
较大的刀具半径往往使应变分布在一个更为广泛的区域，使这一工艺类似于传统的冲压工艺。
虽然Jeswiet（文献[1]），Fratini（文献[3]）和Allwood（文献[4]）等人不仅对SPIF作出了重大贡献，而且在其他方面（如工业应用的发展和更好地表征进程中的成形极限）也有很多贡献，但是变形的机制仍然鲜为人知。
单点渐进成形薄板成型分析
word中文摘要单点渐进成形是在数控机床上通过计算机程序控制形状简单的成形工具，利用其沿着垂直方向的进给以与水平方向的运动轨迹逐层形成板类件的三维包络面，从而实现金属板料连续局部塑性成形的加工方法，在板类件成形领域有着广泛的应用前景。
这种成型方式是一种具有高潜能的经济收益，快速的原型应用以与小批量生产特点的新型薄板成型方式，并且为形状复杂的板类件成形开辟了一条新路。
本文讨论了单点渐进成形的原理，以与当今社会对单点成型的研究动态。
在此根底上学习了液压缸设计的一些内容。
通过利用液压传动达到夹紧工件的目的，从而实现单点渐进成形加工和生产的一体化。
在此过程中，通过学习和实践，掌握了液压缸的工作原理，并且对液压传动有了一个本质的认识，这在今后的学习中对作者将会有很大的帮助。
关键词：单点渐进成形薄板成型液压缸液压传动AbstractSingle point incremental forming is a processing method，which utilizes puter program to control the simple shape of forming tool in the numerical control machine，using the feed motion along the vertical direction as well as the trajectories of horizontal layers to form three-dimensional pieces of sheet metal，thereby achieving metal sheet the local continuous plastic forming，so it has a wide prospect of application in the field of sheet metal forming.This forming is a new sheet metal forming process with a high potential economic payoff for rapid prototyping applications and for small quantity production，which cuts a new road for plex shape of sheet.This article discusses the principle of Single point incremental forming，as well as the dynamic study for the single point forming in today's society.On this basis，the author studies the contents of hydraulic cylinder design.Through the using of fluid drive，this device achieves the intention of clamping the workpiece，thereby achieving the single point incremental forming process and the integration of production.In this process，through learning and practice，the author masters the working principle of hydraulic cylinder，and has a nature understanding to fluid drive，which will give author a great helpin the future.Keywords: Single point incrementalforming Sheet metal forming Hydraulic cylinder Fluid drive目录目录4绪论6第一节、本课题国内外研究动态6、单点渐进成形的特点61.2.单点渐进成形的国内外研究动态6第二节、研究的根本内容，拟解决的主要问题8、本文研究主要内容8第三节、液压转动的特点9、液压传动的优点9、液压传动的缺点9第一章液压缸设计10第一节、液压缸各局部零件的材料、公差以与热处理101.1 液压缸零件10、缸体10、活塞杆10、端盖10、轴套11、半圆环11、半圆环活塞11第二节、液压缸的密封装置11、密封装置的类型11、间隙密封11、接触密封12、密封元件的常用材料12、常用密封元件的结构和性能13、O形密封圈13、Y形密封圈14、V形密封圈14、鼓形和蕾形密封圈15、活塞环15、防尘密封圈16第三节、液压缸的主要参数与设计计算17、机构尺寸与形式17、实际工作时输出力17、单杆活塞式液压缸和柱塞式液压缸的推力F117、单杆活塞式液压缸拉力F218、液压缸的输出速度18、单杆活塞式液压缸活塞外伸时速度19单杆活塞式液压缸活塞缩进时的速度19、根本尺寸20、缸筒壁厚20、液压缸缸底厚度21、缸体中部与底部联结法兰的厚度21、端盖法兰的厚度22第四节、最小导向长度H23第二章强度校核25第一节、液压缸局部校核25、法兰与下压板接触面的挤压应力25、法兰过度局部25、缸底强度计算28、筒壁局部28第二节、普通螺纹预紧与其强度校核31、底板上内六角螺钉的强度校核与其预紧力确实定35、缸体底部法兰和缸盖螺纹连接强度校核与其预紧力确实定36 第三节、立柱预紧和计算37第四节、立柱螺母的设计与强度计算39第五节、上、下压板的刚度计算42、上压板刚度计算42、下压板刚度计算44结论47致谢48参考文献49绪论第一节、本课题国内外研究动态1.1、单点渐进成形的特点单点渐进成形是以计算机为主要手段实现板料成形，具有以下一些特点：1）实现板料柔性成形不需要传统的对合模具或仅采用简单凸模就可以通过数控设备加工出成形极限较大、形状复杂的板类件，可实现规X成形，大大提高成形质量。
渐进成形技术
负成形
负成形示意图
负成形机床
正成形
2、 正成形方法中，需要支撑模型，支撑 模型的轮廓形状要与所成形的零件的形状一致 ，在加工中起到支撑的作用，这种支撑模型与 冲压成形中的模具有很大差别，它的精度要求 不是很高，并且材料的选择上比较灵活。在这 种成形方法中，首先要加工支撑模型，支撑模 型加工完毕后再放上板料，与负成形所不同的 是正成形中成形压头每走完一层的路径，托板 都要带动板料与成形压头共同向下移动相同距 离。数控成形装置主要由成形压头、导向装置 （导柱、导套）、顶支撑模型、托板、夹具组 成。
板料由夹具夹紧然后成形压头按设定好的程序实现分层加工每加工一层成形压头便下降一定距离进行第二层的加工如此直至结束在加工过程中夹具夹紧板料始终不负成形负成形示意图负成形机床正成形2正成形方法中需要支撑模型支撑模型的轮廓形状要与所成形的零件的形状一致在加工中起到支撑的作用这种支撑模型与冲压成形中的模具有很大差别它的精度要求不是很高并且材料的选择上比较灵活
正成形
正成形示意图
产品
本田S800跑车引擎盖 金属面具
特点、优势
1、实现柔性制造。不需要专用模具，与传统成形 方法相比，可节省巨额的模具制造费用，对航空航天 领域等多种小批量产品，家用电器等新产品的开发及 汽车新型车试制等具有较大的经济价值和发展前景。 2、重复性好。由数控机床控制成形压头的运动， 可以保证成形零件的重复性好，可控制金属流动。 3、具备快速成形技术和塑性加工技术的优点。 可以极大降低产品的制造成本并缩短开发级制造周期 。 4、实现数字化分层局部制造。可以把形状复杂 的零件分成一系列的二维层进行加工，便于成形且修 改方便。
特点、优势
研究现状
问题： 1、破裂(成形角大到一定角度就会发生）； 2、零件精度及回弹。 考虑： 1、从影响成形极限角的因素（板料厚度、 压头直径、模型形状）考虑改进； 2、通过优化压头路径可以提高表面光洁度 ，减小回弹，提高零件精度。
金属板料渐进成形专利技术分析
金属板料渐进成形专利技术分析作者：易明军贾晓雪来源：《科学与技术》2018年第26期摘要：板材数字化渐进成形技术具有无需专用模具、可提高板材成形极限、可用于加工变形程度大、形状非常复杂的板材零件、易于实现板材成形自动化等特点，适用于小批量、多品种、难成形的钣金件加工。
本文通过对金属板料渐进成形的专利申请从申请年度分布、技术原创国分布、申请目标国分布进行了分析，并列出国外和国内的主要申请人，分析了金属板料渐进成形的技术演进过程，为熟悉的金属板料渐进成形提供一些参考。
关键词：渐进成形；增量成形；逐次成形一、渐进成形简介金属板材渐进成形是引入快速原型制造技术（rapid prototyping）的分层制造（layered manufacturing）的思想，将复杂的三维数字模型沿高度方向离散成许多断面层（即分解成一系列等高线层），并生成各等高线层面上的加工轨迹，成形工具在计算机控制下沿该等高线层面上的加工轨迹运动，使板材沿成形工具轨迹包络面逐次变形。
渐进成形包括两种方式，即正向成形（双点渐进成形TPIF）和反向成形（单点渐进成形SPIF），如图1、2所示，从图中可见，正向成形在与工具头相对的一侧设置有支撑模型，工具头对板料位于支承模与夹具之间的部分加压，同时夹具与工具头同向运动，从而在板料上形成凸起；而反向成形时，夹具固定不动，工具头对板料位于夹具之间的部分加压，从而在板料上形成凹腔。
负成形可以成形一些形状比较简单的零件，它不需要支撑模型，只需要简单的夹具，板料由夹具夹紧，然后成形工具头按设定好的程序实现分层加工，每加工一层，成形工具头便下降一定距离，进行第二层的加工，如此直至结束，在加工过程中夹具夹紧板料始终不动。
反向成形及板料成形角原理示意图如图1所示。
形状复杂的零件要用正向成形的方法。
在正向成形方法中，需要支撑模型，支撑模型的形状要与所成形的零件的形状一致，这种支撑模型与冲压成形中的模具有很大差别，支撑模型的精度要求不是很高，并且材料的选择比较灵活。
无模成形技术简介
无模成形技术简介1.引言无模成形是以计算机为主要手段，利用多点成形或增量成形的方法，实现板料的无模具塑性成形的先进智能化制造技术。
金属板料成形在制造业中有着十分重要的地位，该技术广泛应用于航空航天、船舶工业、汽车覆盖件和家电等生产行业，但传统的金属板料加工工艺都离不开模具，采用模具成形生产周期长，而且缺乏柔性，产品变化时就需要重新更换模具，这就延长了新产品的开发周期。
而现代社会产品的更新换代非常迅速，如何快速、低成本和高质量地开发出新产品，是企业生存和发展的关键。
为此，国内外许多学者都在致力于板料塑性成形新技术的研究，努力实现金属板料快速高效的柔性冲压和无模成形，以适应现代制造业产品快速更新的市场竞争需要。
2.研究概况国内外许多学者都对板料塑性成形新技术进行了大量的研究，从无模多点成形和数字化渐进成形到喷丸成形、爆炸成形、激光热应力成形和激光冲击成形等，并取得了一定的成果。
2.1 无模多点成形无模多点成形是利用高度可调节的数控液压加载单元（基本群体）形成离散曲面，来替代传统模具进行三维曲面成形的方法，是一种多点压延加工技术。
此法特别适合于多品种小批量生产，体现了敏捷制造的理念。
目前已在高速列车流线型车头制作、船舶外板成形、建筑内外饰板成形及医学工程等领域，得到广泛应用。
与传统模具成形方法相比，其主要区别就是他具有“柔性”，可以在成形前也可在成形过程中改变基本体的相对位移状态，从而改变被成形件的变形路径及受力状态，以达到不同的成形效果。
图2-1 为传统模具成形与多点成形的比较。
图 2-2 为多点模具成形的过程。
图 2-1 模具成形与多点成形的比较图 2-2 多点模具成形过程20 世纪 70 年代，日本造船界开始研究多点成形压力机，并成功应用于船体外板的曲面成形。
此后许多学者为开发多点成形技术进行了大量的探讨与研究，制作了不同的样机，但大多只能进行变形量较小的整体变形。
吉林大学李明哲等人对无模多点成形技术进行了较为系统的研究，已自主设计并制造了具有国际领先水平的无模多点成形设备，2002 年底，李教授组建了产学研实体：长春瑞光科技有限公司。
单点渐进成形
单点渐进成形
发展历史及现状
• 松原茂夫于20世纪90年代提出 • Lesz ak 在1967 年获得发明专利 • 2005 年以来, 单点渐进成形获得了极大 的发展 目前理论不完善，工艺不成熟，应用不广 泛，但是具有广阔的发展前景
定义
单点渐进成形是在数控机床上通过计算 机程序控制形状简单的成形工具，利用其沿 着垂直方向的进给以及水平方向的运动轨迹 逐层形成板类件的三维包络面，从而实现金 属板料连续局部塑性成形的加工方法。单点 渐进成形适用于新产品试制及小批量生产。
产品
图1 汽车门外覆盖件
图2 工艺品
图3 汽车翼子板覆盖件
制约因素
1) 单步加工难以达到较大成形角 ——温度控制 2) 出现回弹效应 ——温度控制、优化路径 3) 高应力集中在已加工区域出现自由变形 ——优化路径、工具形状
存在问题
( 1) 成形工艺方面: 目前对金属板材单点渐进成形机理 的研究还不够充分, 对成形过程中发生的拉裂、 起皱、 回弹等一些复杂缺陷还没有找到本质原因。 ( 2) 专用软件方面: 需要开发一些可适用于该技术的专 用软件, 使这些软件具有成形件 C A D 模型修正、 成形轨迹生成、 成形过程虚拟仿真、 工艺参数优化、 工艺参数数据库及专家系统等功能。 ( 3) 支撑方面: 需要研究更能符合成形工艺的支撑 C AD 模型生成方法和经济、 快速、 自动化程度高的支撑 制作方法。 ( 4) 成形运动方式: 目前的研究大多局限于基于等高线 运动的三轴数控成形方式, 今后有必要研究其他运动 方式和多轴成形加工, 如基于螺旋运动和五轴数控成
金属板材无模成形
类型多样的金属板材无模成形技术1.金属板材无模成形简介金属板材无模成形是指使用非模具的成形工具强迫金属板材发生渐进的塑性变形，最终得到所需零件的加工方法。
由于市场需求的多样化，机械和控制技术的进步，促使金属板材无模成形有了较快的开展，国内外许多企业学者进展了大量的研究。
目前比拟典型的板材无模成形方法有成形锤渐进成形、旋压成形、多点成形和数字化渐进成形等。
通过不同的板材成形方法来了解各种成形技术的开展及其优缺点。
2.无模成形的类型及特点2.1CNC成形锤渐进成形法[1]该方法使用刚性冲头和弹性下模，对板材各局部区域分别打击成形，逐步成形为所需形状的加工工艺。
成形锤渐进成形法成形方法简单，成形速度较快，但是该技术只能成形形状比拟简单的工件，而且成形后留下大量的锤击压痕点，影响制品的外表质量，因而还必须进展后续处理。
成形锤渐进成形示意图2.2喷丸成形[2]喷丸成形是利用高速弹丸撞击金属板材的一个外表，使受撞击外表及其下一层金属产生塑性变形，导致面内产生剩余应力，在此应力作用下逐步使板材到达要求外形的一种成形方法。
目前其主要应用在航空航天领域，如波音和空中客车等飞机制造公司在其现代客机的生产中，都已采用了喷丸成形方法。
喷丸成形的主要优点：〔1〕零件长度不受喷丸成形方法的限制，现代飞机蒙皮零件的长度已达32 m，假设采用其他方法，设备投资将急剧增加；〔2〕工艺装备简单，无需成形模具，只需简单的夹具，准备周期短，固定投资少；〔3〕在进展成形的同时，可对板料起到强化作用；〔4〕可对变厚度的板料进展成形；〔5〕既可成形单曲率外形，又可成形双曲率外形，如机翼上下气动弯折区或非直母线区。
A380飞机超临界外翼下翼面整体壁板长度30余m、厚度30余mm，是迄今采用喷丸成形技术所获得的长度最长、厚度最大的构件，代表了国际喷丸成形工艺技术的最新成果。
2.3 旋压成形[3-5]旋压成形是一种将金属坯料装在芯模的顶部，旋轮通过轴向运动和径向运动，使旋转坯料在旋轮滚压作用下产生局部连续塑性变形，最终获得所要求的薄壁回转体零件的塑性加工方法。
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技术介绍
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传统的金属板料成形方式
传统的金属板料成形方式 冷冲压等板料成形方法在汽车等工业中占有重要地位； 广泛应用于汽车覆盖件的大批量生产； 除需要大型冲压机床外，模具要求高，造价昂贵，制造周期长。
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单点渐进式成形的成形方法
不需要任何模具却可以获得精密几何尺寸金属板件的成形 方法。 将复杂的三维数字模型沿高度方向分层，形成一系列断 面二维数据，并根据这些断面轮廓数据，从顶层开始逐层 对板材进行局部的塑性加工。 在计算机控制下，安装在三轴联动的数控成形机床上的 成形压头，先走到模型的顶部设定位置，对板材压下设定 的压下量，然后按照第一层断面轮廓，以等高线的方式， 对板材施行渐进塑性加工。在模型顶部板材加工面形成第 一层轮廓曲面后，成形压头再压下一个设定高度，沿第二 层断面轮廓运动，并形成第二层轮廓曲面，如此重复直到 整个工件成形完毕 。
出形状各异的覆盖件，这无疑有着巨大的市场前景。
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产品实例
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客车生产
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客车生产
前顶成形件
前顶成形件
前脸成形件
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客车生产
后保险杠
后立柱
后围出风口
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无模数控成形
激光切割完成
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引擎罩外壳
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汽车地毯成型模具
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滚塑模具制造
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滚塑模具造船
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客车生产
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客车生产
车门
汽车发动机罩
座椅
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客车生产
轨道列车
中国首辆标准校车0001号 无锡市澳富特精密快速成形科技有限公司
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轿车部件生产
第1步: 成形
无模成形
第2步 : 切边, 割孔 激光切边, 割孔
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原理示意图
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单点渐进式成形的优势
大辐度降低对模具的依赖，样件制造快捷而价廉 数字化设计更易于修改 易于三轴（2.5）数控实现 变形和受载在小的局部，要求的变形力小 操作安全低噪音，占地少 可成形大部分材料，包括碳钢，不锈钢，铝，钛板及金属网
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在当今世界，随着生产力水平的提高，制造业需要成千 上万各类模具以生产出形状各异的产品及零部件。尤其是 在飞机、轮船、汽车等产品的覆盖件制造上，更需要大量 的模具，其制造和调试除要花费巨额资金外，加工周期也 往往需要几个月甚至十几个月。而且产品一旦换型，模具 也必须随之更换，从而严重制约了制造业的发展。而无模 成形技术就是要成为万能板材成形机，不用模具就能生产
若实现汽车覆盖件的无模化制造，在一台高度柔性化的设备上，在很短时 间内就能完成多种覆盖件的加工，无疑将节省巨额的模具投入，显著缩短新车 型的开发周期。而试制车、概念车、豪华车以及改装车等个性化的产品，应用 无模成形技术就更合适不过了。
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单点渐进式成形技术简介
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单点渐进式成形的优势
板料厚度：从0.1~4毫米 压头的运行速度：可达100米/分种 成形时间：取决于工件的尺寸和成形参数,通常数小时 材料的延伸率：可高达300%
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单点渐进式成形的应用领域
汽车制造业：汽车样车覆盖件生产、限量版汽车生产、汽车覆盖件 的维修备件市场； 模具制造业：风电机舱罩,风电叶片,游艇外壳等玻璃钢产品的模具 制作;EPS、PU等发泡材料模具制作；滚塑成型产品模具制作； 机械制造业：机器设备上复杂造型、曲面的面板生产； 航空航天业：飞机内壳体、内饰件、雷达抛物天线、人造卫星外壳、 火箭导流罩的生产； 建筑业：城市雕塑,个性建筑装修外观； 船舶制造业：金属冲锋舟、摩托艇、救生艇的船身制作； 医学领域：颅骨修补及医用支架的制造；
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汽车顶置装置
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天线接受器
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飞机板料
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其它产品
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无模金属板料的成形技术是国际上一种先进的柔性加工工艺。该工艺不需 要专用模具，具有生产周期短、成本低的优点。特别适合于小批量、多品种、 复杂金属板材零件的生产。
以汽车工业为例，汽车覆盖件是汽车关键零部件中的关键领件，随着汽车 市场的竞争日趋激烈，汽车生产已经呈现出多品种、换型周期短的特点。按传 统工艺，开发一个车型全套的覆盖件模具一般需上亿元的投入，而且需要一年 以上的制造周期。