一種冷熱一體作用的復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)及成型方法與流程

本發(fā)明屬于船舶建造技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種冷熱一體作用的復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)及成型方法。

背景技術(shù)：

由于船舶建造的單品訂單式生產(chǎn)方式以及船舶雙向曲率板自身的結(jié)構(gòu)性特點，船舶雙向曲率板的成型加工手段有別于汽車等大批量薄膜板的有模沖壓批量生產(chǎn)方式，通常采用無模成型法。目前，現(xiàn)有技術(shù)中針對船舶曲率板的成型方法主要包括線加熱法、筒形輥壓和多點彎曲法等。

所謂線加熱法，是利用火焰或高頻感應(yīng)等線熱源對板進(jìn)行局部線狀加熱，利用局部熱脹冷縮原理，使工件產(chǎn)生殘余塑性變形，從而達(dá)到板彎曲成型的目的。在這一過程中，基于建造船舶結(jié)構(gòu)對材料特性的要求，在線加熱后的加熱線上也可以輔助以噴水急降溫，以提高成型效率。然而，線加熱法仍存在以下缺陷和不足：(1)由于溫度與材質(zhì)之間的關(guān)系，實際的加工溫度需要控制在一定的范圍內(nèi)，大曲率及厚板條件下的成型加工效率會受到影響；(2)對于扭曲型等一些不同位置存在不同面內(nèi)外應(yīng)變的板成型而言，線加熱方式自身對滿足成型加工要求也存在困難。

對于筒形輥壓，顯而易見只能加工單向曲率形狀，無法成形雙向曲率；而多點冷壓成型之類的彎曲加工方式由于完全依賴于力的作用，在待成型加工板上施加力和施加范圍都非常大，不僅克服反彈問題突出，還會導(dǎo)致裝備綜合體積和造價增大。此外，上述方式中不論冷加工還是熱加工，目前依靠經(jīng)驗的手工作業(yè)或手工控制仍占主體，相應(yīng)存在難以保證質(zhì)量、加工效率低下等缺陷。

由于存在上述缺陷和不足，本領(lǐng)域亟需做出進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，設(shè)計一種復(fù)雜曲率板的成型裝置和方法，以便滿足復(fù)雜形狀的大曲率板的自動化成型生產(chǎn)需要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種冷熱一體作用的復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)及成型方法，其中針對復(fù)雜曲率板形狀不規(guī)則且曲率變化復(fù)雜的特點，對成型系統(tǒng)的部件結(jié)構(gòu)和布置方式進(jìn)行研究和設(shè)計，融合熱加載、力加載和水冷等一體作用成型加工各自組合的特點，將其采用設(shè)計的一體作用成型加載系統(tǒng)和計算機仿真技術(shù)等將其一體運用至成型加工過程，在提高加工效率的同時，可減低加工對板材材質(zhì)的不利影響，降低裝備成本，減小人員工作強度，同時顯著提高船舶雙向曲率板的成型精度，尤其適用于鞍形板、帆形板和扭曲板之類及其組合形狀的大曲率板的自動化成型。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種冷熱一體作用的復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)，其特征在于，其包括數(shù)套結(jié)構(gòu)相同且位置可調(diào)的加載系統(tǒng)，其中：

每套所述加載系統(tǒng)均包括設(shè)置在板材上方的上加載裝置、第一熱加載元件和第一噴水元件，所述第一熱加載元件和第一噴水元件設(shè)置在所述上加載裝置的兩側(cè)，在上述板材下方的對應(yīng)位置處，還對稱設(shè)置有結(jié)構(gòu)相同的下加載裝置、第二熱加載元件和第二噴水元件，上述元件相互配合對上述板材進(jìn)行加工。

具體地，本發(fā)明的成型系統(tǒng)，通過結(jié)合熱加載元件的感應(yīng)加熱、壓力加載裝置的力加載和噴水元件的冷卻加載等各自的特點，并將其一體化至同一個成型系統(tǒng)，通過將不同的壓力加載裝置在待加工板材正反面布置，可以實現(xiàn)在不翻板的情況下完成板材的雙向曲率的加工。既能夠克服現(xiàn)有線加熱方法不能加工大曲率板的缺陷，又可根據(jù)實際需求，實現(xiàn)各種加載方法的搭配，提高加工效率的同時，有效避免高溫或急降溫對板材材質(zhì)的不利影響，降低工藝操作復(fù)雜性，進(jìn)一步提高成型精度。

進(jìn)一步優(yōu)選地，各套上述加載系統(tǒng)可獨立開啟和關(guān)閉。

優(yōu)選地，所述上加載裝置和下加載裝置為滾輪結(jié)構(gòu)，其位置均可獨立調(diào)節(jié)，且可獨立開啟和關(guān)閉。

優(yōu)選地，所述上加載裝置和下加載裝置得滾輪大小相同或不同。采用滾輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載，能夠減少加載過程對曲率板造成的損壞，提高最終成品的質(zhì)量。而通過不同大小的滾輪設(shè)置，則能夠適應(yīng)不同形狀的曲率板的加工要求。

優(yōu)選地，所述第一熱加載元件和第二熱加載元件均為感應(yīng)加熱裝置，且其各自的功率和位置均可獨立調(diào)節(jié)，且可獨立開啟和關(guān)閉。

優(yōu)選地，所述第一噴水元件和第二噴水元件均為冷水噴頭，且其各自的流量和位置均可獨立調(diào)節(jié)，且可獨立開啟和關(guān)閉。

具體地，將每套加載裝置設(shè)計為可單獨開啟或關(guān)閉，且各個加載裝置、熱加載元件和噴水元件的位置可調(diào)節(jié)，由此可以適應(yīng)各種復(fù)雜形狀的曲率板的加工要求，拓寬了其加工的適應(yīng)性。而通過調(diào)節(jié)各個裝置或元件的位置、配合調(diào)整上下加載裝置的形狀、熱加載元件的熱功率和噴水元件的流量，可有效地控制加工的精度，避免高溫或急降溫對板材材質(zhì)的不利影響，從而提高最終成型的復(fù)雜曲率板的質(zhì)量。

按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種復(fù)雜曲率板冷熱混合不翻板自動成型方法，其特征在于，其采用如上所述的冷熱一體作用的復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)進(jìn)行加工，具體包括以下步驟：

s1.針對待加工的板材，先測量出其本身的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)測量得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算得出該板材的加工數(shù)據(jù)；

s2.根據(jù)加工數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)所述復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)的加工參數(shù)，并驅(qū)動雙向曲率板一體作用成型系統(tǒng)對上述板材執(zhí)行加載，使該板材產(chǎn)生雙向曲率塑性變形；

s3.對已塑性變形的板材的成型效果進(jìn)行監(jiān)測并獲得加工誤差，如果加工誤差不滿足成型要求，則重復(fù)步驟s1-s2，直至形成符合加工目標(biāo)的曲率板。

具體地，本發(fā)明的成型方法通過結(jié)合熱加載、力加載和水冷等一體作用成型加工各自組合的特點，并采用設(shè)計的一體作用成型加載系統(tǒng)和計算機仿真技術(shù)等將其一體運用至成型加工過程，不需要翻板即可完成曲率板的雙面曲率形狀的加工，在提高加工效率的同時，可降低加工對板材材質(zhì)的不利影響，降低裝備成本，減小人員工作強度，同時顯著提高船舶雙向曲率板的成型精度。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在對上述板材進(jìn)行加載時，啟動一套或多套上述加載系統(tǒng)，且每套所述加載系統(tǒng)載對板材進(jìn)行加載時，啟動其中的一個或多個元件。

優(yōu)選地，針對上述板材上表面的加載路線，驅(qū)動該板材上方的元件對該板材進(jìn)行加載，針對上述板材下表面的加載路線，驅(qū)動該板材下方的元件對該板材進(jìn)行加載，使表面和下表面的元件相互配合對上述板材進(jìn)行加工。

通過將兩套加載系統(tǒng)設(shè)置為可單獨啟動，配合板材上下方分別設(shè)置的熱加載元件、加載系統(tǒng)和噴水元件的選擇性的開啟和關(guān)閉，可適應(yīng)不同形狀的復(fù)雜曲率板的加工需要，從而制備出不同形狀的大型復(fù)合曲率板。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果：

(1)本發(fā)明的成型系統(tǒng)，通過結(jié)合熱加載元件的感應(yīng)加熱、壓力加載裝置的力加載和噴水元件的冷卻加載等各自的特點，將其一體化至同一個成型系統(tǒng)用于制備船舶雙向曲率板。而通過將不同的壓力加載裝置在待加工板材正反面布置，可以實現(xiàn)在不翻板的情況下完成板材的雙向曲率的加工。既能夠克服現(xiàn)有線加熱方法不能加工大曲率板的缺陷，又可根據(jù)實際需求，實現(xiàn)各種加載方法的搭配，提高加工效率的同時，有效避免高溫或急降溫對板材材質(zhì)的不利影響，降低工藝操作復(fù)雜性，進(jìn)一步提高成型精度。

(2)本發(fā)明的成型系統(tǒng)中由于各個加載裝置、熱加載元件和噴水元件的位置可調(diào)節(jié)，可以適應(yīng)各種復(fù)雜形狀的曲率板的加工要求，通過調(diào)節(jié)各個裝置或元件的位置、配合調(diào)整加載裝置的形狀、熱加載元件的熱功率和噴水元件的流量，可有效地控制加工的精度，避免高溫或急降溫對板材材質(zhì)的不利影響。

(3)本發(fā)明的成型方法通過結(jié)合熱加載、力加載和水冷等一體作用成型加工各自組合的特點，并采用設(shè)計的一體作用成型加載系統(tǒng)和計算機仿真技術(shù)等將其一體運用至成型加工過程，尤其是對其具體加載過程進(jìn)行設(shè)計，這樣既能夠克服現(xiàn)有線加熱方法不能加工大曲率板的缺陷，又可根據(jù)實際需求，通過各種加載方法的搭配，在提高加工效率的同時，可降低加工對板材材質(zhì)的不利影響，降低裝備成本，減小人員工作強度，同時顯著提高船舶雙向曲率板的成型精度。

(4)本發(fā)明的一體作用成型方法便于操控、同時具有智能化、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點，因而尤其適用于鞍形板、帆形板和扭曲板之類及其組合形狀的大曲率板的自動化成型。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于雙曲率板的一體作用成型方法的工藝流程圖；

圖2是本發(fā)明中冷熱一體作用的復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

圖2是本發(fā)明的冷熱一體作用的復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)，如圖所示，其包括兩套位置可調(diào)的加載系統(tǒng)，

其中一套加載系統(tǒng)包括分別設(shè)置在板材1上方和下方的第一上加載裝置7和第一下加載裝置6，在所述第一上加載裝置7和第一下加載裝置6的同一側(cè)，設(shè)置有第一熱加載元件9和第二熱加載元件2，二者相對設(shè)置在板材1的上下方對板材1加工，在所述第一上加載裝置7和第一下加載裝置6的另一側(cè)，設(shè)置有第一噴水元件10和第二噴水元件4，二者相對設(shè)置在板材1的上下方對板材加工；

與之類似，另一套加載系統(tǒng)包括分別設(shè)置在板材1上方和下方的第二上加載裝置18和第二下加載裝置13，在所述第二上加載裝置18和第二下加載裝置13的同一側(cè)，設(shè)置有第三熱加載元件19和第四熱加載元件12，二者相對設(shè)置在板材1的上下方對板材加工，在所述第二上加載裝置18和第二下加載裝置13的另一側(cè)，設(shè)置有第三噴水元件17和第四噴水元件14，二者相對設(shè)置在板材1的上下方對板材加工。

在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述兩套加載系統(tǒng)可單獨或同時對板材1進(jìn)行加載。

在本發(fā)明的另一個具體實施例中，所述第一上加載裝置7、第一下加載裝置6、第二上加載裝置18、第二下加載裝置13的形狀和位置可獨立調(diào)節(jié)，且可獨立開啟和關(guān)閉。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一上加載裝置7、第一下加載裝置6、第二上加載裝置18、第二下加載裝置13均為滾輪結(jié)構(gòu)，其大小相同或不同，且上述加載裝置的滾輪軸分別采用固定裝置3、8、20、15固定，固定裝置3、8、20、15固定在固定軸上，所述固定軸上分別設(shè)置有位置板5、11、16、21用于限制各個熱加載元件和噴水元件的位置。

在本發(fā)明的另一個具體實施例中，所述第一熱加載元件9、第二熱加載元件2、第三熱加載元件19和第四熱加載元件12為感應(yīng)加熱裝置，且其各自的功率和位置可獨立調(diào)節(jié)，且可獨立開啟和關(guān)閉。

在本發(fā)明的另一個具體實施例中，所述第一噴水元件10、第二噴水元件4、第三噴水元件17和第四噴水元件14為冷水噴頭，且其各自的流量和位置可獨立調(diào)節(jié)，且可獨立開啟和關(guān)閉。

圖1所示，本發(fā)明還提供了一種復(fù)雜曲率板冷熱混合不翻板自動成型方法，其采用如上所述的冷熱一體作用的復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)進(jìn)行加工，具體包括以下步驟：

s1.針對待加工的板材，先測量出其本身的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)測量得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算得出該板材的加工數(shù)據(jù)；

s2.根據(jù)加工數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)所述復(fù)雜曲率板成型系統(tǒng)的加工參數(shù)，并驅(qū)動雙向曲率板一體作用成型系統(tǒng)對上述板材執(zhí)行加載，使該板材產(chǎn)生雙向曲率塑性變形；

s3.對已塑性變形的板材的成型效果進(jìn)行監(jiān)測并獲得加工誤差，如果加工誤差不滿足成型要求，則重復(fù)步驟s1-s2，直至形成符合加工目標(biāo)的曲率板。

在本發(fā)明的另一個具體實施例中，在對上述板材進(jìn)行加載時，啟動一套或多套上述加載系統(tǒng)，且每套所述加載系統(tǒng)載對板材進(jìn)行加載時，啟動其中的一個或多個元件。

在本發(fā)明的另一個具體實施例中，針對上述板材上表面的加載路線，驅(qū)動該板材上方的元件對該板材進(jìn)行加載，針對上述板材下表面的加載路線，驅(qū)動該板材下方的元件對該板材進(jìn)行加載，使表面和下表面的元件相互配合對上述板材進(jìn)行加工。

如圖1所示，首先構(gòu)建冷熱一體作用成型加載系統(tǒng)，該一體作用成型加載系統(tǒng)包括第一熱加載元件9、第一上加載裝置7、第一噴水元件10、第二熱加載元件2、第一下加載裝置6、第二噴水元件4、第三熱加載元件19、第二上加載裝置18、第三噴水元件17、第四熱加載元件12、第二下加載裝置13、第四噴水元件14及控制裝置；針對待加工的板材1，在成型軟件中輸入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)得出加工數(shù)據(jù)，并通過成型軟件驅(qū)使冷熱一體作用成型加載系統(tǒng)對板材1執(zhí)行加載，以使板材1產(chǎn)生雙向曲率塑性變形；對已塑性變形的板材1的成型效果進(jìn)行監(jiān)測并獲得加工誤差；如果誤差不滿足成型要求，則再次啟動成型軟件，讓一體作用成型加載系統(tǒng)對板材1執(zhí)行加載，直至形成符合加工目標(biāo)的雙向曲率板。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。