船體曲面成形綜述

1、船體曲面成形工藝綜述船體曲面成形工藝綜述【關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞】成形加工；雙曲度；船體外板成形加工；雙曲度；船體外板船體外板的成形加工一直是船體制造中最為復(fù)雜的工序之一，隨著船舶制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在的加工技術(shù)以及加工設(shè)備已經(jīng)不能滿足造船行業(yè)的要求，需要在原有的板材成形技術(shù)基礎(chǔ)上革新出一種新的成形技術(shù)。1傳統(tǒng)成形方法傳統(tǒng)成形方法多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外船廠對(duì)曲面分段中的雙曲度船體外板加工，一直是采用人工操作，即水火彎板。通常是先使用輥板機(jī)或油壓機(jī)對(duì)板材進(jìn)

2、行橫向曲度的彎曲加工成形，然后再在縱向上使用水火彎板技術(shù)進(jìn)行水火線加熱，實(shí)現(xiàn)縱向曲度彎曲成形。加工過(guò)程要靠樣板或樣箱進(jìn)行對(duì)比和校驗(yàn)[1]。作為水火彎板發(fā)源地日本，早在20世紀(jì)70年代就開(kāi)展了水火彎板自動(dòng)加工設(shè)備的研究，現(xiàn)在的造船強(qiáng)國(guó)韓國(guó)也研制了自動(dòng)水火彎板機(jī)自動(dòng)加工系統(tǒng)[2]。我國(guó)近20年也來(lái)，也進(jìn)行了“數(shù)控水火彎板機(jī)”的研發(fā)，例如大連理工大學(xué)、上海交通大學(xué)分別與有關(guān)船廠聯(lián)合進(jìn)行了研究開(kāi)發(fā)[3]。但是，由于水火彎板屬塑性彎曲加工，其成形

3、影響因素非常復(fù)雜，導(dǎo)致自動(dòng)控制困難、難度極大，在造船工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家中，研制的“數(shù)控水火彎板機(jī)”樣機(jī)至今也未見(jiàn)獲得推廣使用。這種雙曲度船體彎板加工還是依靠有經(jīng)驗(yàn)的人工操作、壓力機(jī)與水火彎曲結(jié)合的方式完成。2成形新工藝成形新工藝由于縮短造船周期、提高造船質(zhì)量，實(shí)施自動(dòng)化的和數(shù)字化造船的需要。國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始對(duì)非水火彎板的方法進(jìn)行研究。其中一個(gè)主要方向就是用沖壓工藝來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水火彎板方法，基于沖壓理論的多點(diǎn)成形技術(shù)。在整體模具中，三維曲面是由

4、模具曲面來(lái)形成，但是整體模具適合于大批量生產(chǎn)而且制造成本高。而在多點(diǎn)成形中則是將整體模具離散成有限個(gè)高度可調(diào)的基本體，由沖頭群代替整體模具來(lái)完成曲面成形。多點(diǎn)成形方法與傳統(tǒng)的模具成形方法的一個(gè)主要區(qū)別就是具有“柔性”加工特點(diǎn)，即可時(shí)時(shí)控制基本體的位移和速度。在成形前和成形的過(guò)程中改變基本體的位置，從而改變被成形件的變形路徑及受力狀態(tài)，以達(dá)到不同的成形結(jié)果。多點(diǎn)成形設(shè)備這種柔性院的David.E.Hardt[8]等對(duì)類似的成形方法進(jìn)行了長(zhǎng)

5、期的研究，同樣也制造了實(shí)驗(yàn)機(jī)。他們采用該設(shè)備進(jìn)行了方筒拉深變形實(shí)驗(yàn)，并采用閉環(huán)控制原理對(duì)上下基本體進(jìn)行測(cè)量以控制成形件的成形精度。1999年開(kāi)發(fā)出的多點(diǎn)拉彎成形裝置，但是只能用于拉彎成形形狀比較簡(jiǎn)單的板類件[9]。韓國(guó)的工程技術(shù)人員對(duì)多點(diǎn)成形也開(kāi)展了一些研究。二十世紀(jì)九十年代中期，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院開(kāi)始了有關(guān)多點(diǎn)成形的研究工作，試制了具有10x10排列壓頭的多點(diǎn)成形裝置。但是研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段，所獲得的試件只是二維成形件。在我國(guó)，多點(diǎn)

6、成形工藝也得到了深入的研究。主要集中在吉林大學(xué)，李明哲教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)延續(xù)其在日本的工作，并將這種技術(shù)命名為“多點(diǎn)成形”法，多點(diǎn)模具和多點(diǎn)壓機(jī)是兩種最基本的多點(diǎn)成形方式。1999年成功制造了多點(diǎn)調(diào)形機(jī)。他對(duì)多點(diǎn)成形的基本理論與實(shí)用技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，為多點(diǎn)成形技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。組建的無(wú)模成形技術(shù)開(kāi)發(fā)中心對(duì)多點(diǎn)成形技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。提出了多道次多點(diǎn)成形、分段多點(diǎn)成形理論，并且組織開(kāi)發(fā)出了多點(diǎn)成形專用CAD／CA