一种冷热一体作用的复杂曲率板成型系统及成型方法与流程

本发明属于船舶建造技术领域，更具体地，涉及一种冷热一体作用的复杂曲率板成型系统及成型方法。

背景技术：

由于船舶建造的单品订单式生产方式以及船舶双向曲率板自身的结构性特点，船舶双向曲率板的成型加工手段有别于汽车等大批量薄膜板的有模冲压批量生产方式，通常采用无模成型法。目前，现有技术中针对船舶曲率板的成型方法主要包括线加热法、筒形辊压和多点弯曲法等。

所谓线加热法，是利用火焰或高频感应等线热源对板进行局部线状加热，利用局部热胀冷缩原理，使工件产生残余塑性变形，从而达到板弯曲成型的目的。在这一过程中，基于建造船舶结构对材料特性的要求，在线加热后的加热线上也可以辅助以喷水急降温，以提高成型效率。然而，线加热法仍存在以下缺陷和不足：(1)由于温度与材质之间的关系，实际的加工温度需要控制在一定的范围内，大曲率及厚板条件下的成型加工效率会受到影响；(2)对于扭曲型等一些不同位置存在不同面内外应变的板成型而言，线加热方式自身对满足成型加工要求也存在困难。

对于筒形辊压，显而易见只能加工单向曲率形状，无法成形双向曲率；而多点冷压成型之类的弯曲加工方式由于完全依赖于力的作用，在待成型加工板上施加力和施加范围都非常大，不仅克服反弹问题突出，还会导致装备综合体积和造价增大。此外，上述方式中不论冷加工还是热加工，目前依靠经验的手工作业或手工控制仍占主体，相应存在难以保证质量、加工效率低下等缺陷。

由于存在上述缺陷和不足，本领域亟需做出进一步的完善和改进，设计一种复杂曲率板的成型装置和方法，以便满足复杂形状的大曲率板的自动化成型生产需要。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种冷热一体作用的复杂曲率板成型系统及成型方法，其中针对复杂曲率板形状不规则且曲率变化复杂的特点，对成型系统的部件结构和布置方式进行研究和设计，融合热加载、力加载和水冷等一体作用成型加工各自组合的特点，将其采用设计的一体作用成型加载系统和计算机仿真技术等将其一体运用至成型加工过程，在提高加工效率的同时，可减低加工对板材材质的不利影响，降低装备成本，减小人员工作强度，同时显著提高船舶双向曲率板的成型精度，尤其适用于鞍形板、帆形板和扭曲板之类及其组合形状的大曲率板的自动化成型。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种冷热一体作用的复杂曲率板成型系统，其特征在于，其包括数套结构相同且位置可调的加载系统，其中：

每套所述加载系统均包括设置在板材上方的上加载装置、第一热加载元件和第一喷水元件，所述第一热加载元件和第一喷水元件设置在所述上加载装置的两侧，在上述板材下方的对应位置处，还对称设置有结构相同的下加载装置、第二热加载元件和第二喷水元件，上述元件相互配合对上述板材进行加工。

具体地，本发明的成型系统，通过结合热加载元件的感应加热、压力加载装置的力加载和喷水元件的冷却加载等各自的特点，并将其一体化至同一个成型系统，通过将不同的压力加载装置在待加工板材正反面布置，可以实现在不翻板的情况下完成板材的双向曲率的加工。既能够克服现有线加热方法不能加工大曲率板的缺陷，又可根据实际需求，实现各种加载方法的搭配，提高加工效率的同时，有效避免高温或急降温对板材材质的不利影响，降低工艺操作复杂性，进一步提高成型精度。

进一步优选地，各套上述加载系统可独立开启和关闭。

优选地，所述上加载装置和下加载装置为滚轮结构，其位置均可独立调节，且可独立开启和关闭。

优选地，所述上加载装置和下加载装置得滚轮大小相同或不同。采用滚轮结构进行加载，能够减少加载过程对曲率板造成的损坏，提高最终成品的质量。而通过不同大小的滚轮设置，则能够适应不同形状的曲率板的加工要求。

优选地，所述第一热加载元件和第二热加载元件均为感应加热装置，且其各自的功率和位置均可独立调节，且可独立开启和关闭。

优选地，所述第一喷水元件和第二喷水元件均为冷水喷头，且其各自的流量和位置均可独立调节，且可独立开启和关闭。

具体地，将每套加载装置设计为可单独开启或关闭，且各个加载装置、热加载元件和喷水元件的位置可调节，由此可以适应各种复杂形状的曲率板的加工要求，拓宽了其加工的适应性。而通过调节各个装置或元件的位置、配合调整上下加载装置的形状、热加载元件的热功率和喷水元件的流量，可有效地控制加工的精度，避免高温或急降温对板材材质的不利影响，从而提高最终成型的复杂曲率板的质量。

按照本发明的另一方面，提供了一种复杂曲率板冷热混合不翻板自动成型方法，其特征在于，其采用如上所述的冷热一体作用的复杂曲率板成型系统进行加工，具体包括以下步骤：

s1.针对待加工的板材，先测量出其本身的基础数据，然后根据测量得到的基础数据计算得出该板材的加工数据；

s2.根据加工数据调节所述复杂曲率板成型系统的加工参数，并驱动双向曲率板一体作用成型系统对上述板材执行加载，使该板材产生双向曲率塑性变形；

s3.对已塑性变形的板材的成型效果进行监测并获得加工误差，如果加工误差不满足成型要求，则重复步骤s1-s2，直至形成符合加工目标的曲率板。

具体地，本发明的成型方法通过结合热加载、力加载和水冷等一体作用成型加工各自组合的特点，并采用设计的一体作用成型加载系统和计算机仿真技术等将其一体运用至成型加工过程，不需要翻板即可完成曲率板的双面曲率形状的加工，在提高加工效率的同时，可降低加工对板材材质的不利影响，降低装备成本，减小人员工作强度，同时显著提高船舶双向曲率板的成型精度。

进一步优选地，在对上述板材进行加载时，启动一套或多套上述加载系统，且每套所述加载系统载对板材进行加载时，启动其中的一个或多个元件。

优选地，针对上述板材上表面的加载路线，驱动该板材上方的元件对该板材进行加载，针对上述板材下表面的加载路线，驱动该板材下方的元件对该板材进行加载，使表面和下表面的元件相互配合对上述板材进行加工。

通过将两套加载系统设置为可单独启动，配合板材上下方分别设置的热加载元件、加载系统和喷水元件的选择性的开启和关闭，可适应不同形状的复杂曲率板的加工需要，从而制备出不同形状的大型复合曲率板。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

(1)本发明的成型系统，通过结合热加载元件的感应加热、压力加载装置的力加载和喷水元件的冷却加载等各自的特点，将其一体化至同一个成型系统用于制备船舶双向曲率板。而通过将不同的压力加载装置在待加工板材正反面布置，可以实现在不翻板的情况下完成板材的双向曲率的加工。既能够克服现有线加热方法不能加工大曲率板的缺陷，又可根据实际需求，实现各种加载方法的搭配，提高加工效率的同时，有效避免高温或急降温对板材材质的不利影响，降低工艺操作复杂性，进一步提高成型精度。

(2)本发明的成型系统中由于各个加载装置、热加载元件和喷水元件的位置可调节，可以适应各种复杂形状的曲率板的加工要求，通过调节各个装置或元件的位置、配合调整加载装置的形状、热加载元件的热功率和喷水元件的流量，可有效地控制加工的精度，避免高温或急降温对板材材质的不利影响。

(3)本发明的成型方法通过结合热加载、力加载和水冷等一体作用成型加工各自组合的特点，并采用设计的一体作用成型加载系统和计算机仿真技术等将其一体运用至成型加工过程，尤其是对其具体加载过程进行设计，这样既能够克服现有线加热方法不能加工大曲率板的缺陷，又可根据实际需求，通过各种加载方法的搭配，在提高加工效率的同时，可降低加工对板材材质的不利影响，降低装备成本，减小人员工作强度，同时显著提高船舶双向曲率板的成型精度。

(4)本发明的一体作用成型方法便于操控、同时具有智能化、应用范围广的优点，因而尤其适用于鞍形板、帆形板和扭曲板之类及其组合形状的大曲率板的自动化成型。

附图说明

图1是本发明用于双曲率板的一体作用成型方法的工艺流程图；

图2是本发明中冷热一体作用的复杂曲率板成型系统的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图2是本发明的冷热一体作用的复杂曲率板成型系统，如图所示，其包括两套位置可调的加载系统，

其中一套加载系统包括分别设置在板材1上方和下方的第一上加载装置7和第一下加载装置6，在所述第一上加载装置7和第一下加载装置6的同一侧，设置有第一热加载元件9和第二热加载元件2，二者相对设置在板材1的上下方对板材1加工，在所述第一上加载装置7和第一下加载装置6的另一侧，设置有第一喷水元件10和第二喷水元件4，二者相对设置在板材1的上下方对板材加工；

与之类似，另一套加载系统包括分别设置在板材1上方和下方的第二上加载装置18和第二下加载装置13，在所述第二上加载装置18和第二下加载装置13的同一侧，设置有第三热加载元件19和第四热加载元件12，二者相对设置在板材1的上下方对板材加工，在所述第二上加载装置18和第二下加载装置13的另一侧，设置有第三喷水元件17和第四喷水元件14，二者相对设置在板材1的上下方对板材加工。

在本发明的一个具体实施例中，所述两套加载系统可单独或同时对板材1进行加载。

在本发明的另一个具体实施例中，所述第一上加载装置7、第一下加载装置6、第二上加载装置18、第二下加载装置13的形状和位置可独立调节，且可独立开启和关闭。进一步优选地，所述第一上加载装置7、第一下加载装置6、第二上加载装置18、第二下加载装置13均为滚轮结构，其大小相同或不同，且上述加载装置的滚轮轴分别采用固定装置3、8、20、15固定，固定装置3、8、20、15固定在固定轴上，所述固定轴上分别设置有位置板5、11、16、21用于限制各个热加载元件和喷水元件的位置。

在本发明的另一个具体实施例中，所述第一热加载元件9、第二热加载元件2、第三热加载元件19和第四热加载元件12为感应加热装置，且其各自的功率和位置可独立调节，且可独立开启和关闭。

在本发明的另一个具体实施例中，所述第一喷水元件10、第二喷水元件4、第三喷水元件17和第四喷水元件14为冷水喷头，且其各自的流量和位置可独立调节，且可独立开启和关闭。

图1所示，本发明还提供了一种复杂曲率板冷热混合不翻板自动成型方法，其采用如上所述的冷热一体作用的复杂曲率板成型系统进行加工，具体包括以下步骤：

s1.针对待加工的板材，先测量出其本身的基础数据，然后根据测量得到的基础数据计算得出该板材的加工数据；

s2.根据加工数据调节所述复杂曲率板成型系统的加工参数，并驱动双向曲率板一体作用成型系统对上述板材执行加载，使该板材产生双向曲率塑性变形；

s3.对已塑性变形的板材的成型效果进行监测并获得加工误差，如果加工误差不满足成型要求，则重复步骤s1-s2，直至形成符合加工目标的曲率板。

在本发明的另一个具体实施例中，在对上述板材进行加载时，启动一套或多套上述加载系统，且每套所述加载系统载对板材进行加载时，启动其中的一个或多个元件。

在本发明的另一个具体实施例中，针对上述板材上表面的加载路线，驱动该板材上方的元件对该板材进行加载，针对上述板材下表面的加载路线，驱动该板材下方的元件对该板材进行加载，使表面和下表面的元件相互配合对上述板材进行加工。

如图1所示，首先构建冷热一体作用成型加载系统，该一体作用成型加载系统包括第一热加载元件9、第一上加载装置7、第一喷水元件10、第二热加载元件2、第一下加载装置6、第二喷水元件4、第三热加载元件19、第二上加载装置18、第三喷水元件17、第四热加载元件12、第二下加载装置13、第四喷水元件14及控制装置；针对待加工的板材1，在成型软件中输入基础数据，根据基础数据得出加工数据，并通过成型软件驱使冷热一体作用成型加载系统对板材1执行加载，以使板材1产生双向曲率塑性变形；对已塑性变形的板材1的成型效果进行监测并获得加工误差；如果误差不满足成型要求，则再次启动成型软件，让一体作用成型加载系统对板材1执行加载，直至形成符合加工目标的双向曲率板。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。