一種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供一種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的加工方法，屬于船體外板成形加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]線加熱成形技術(shù)，俗稱水火彎板工藝，是目前世界上各大船廠普通采用的加工船體復(fù)雜曲面外板的方法，即利用加熱源(如氧-丙烯火焰等)對船舶外板沿著線狀加熱線進(jìn)行加熱，在加熱過程中船體外板由于溫度上升導(dǎo)致體積膨脹，同時利用冷卻水進(jìn)行跟蹤冷卻，此時外板被加熱部分受冷后迅速收縮，最終外板在加熱線附近產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力和應(yīng)變，導(dǎo)致船舶外板發(fā)生彎曲變形，從而達(dá)到加工要求。
[0003]但是這種加工方式存在如下缺陷:1、過渡依賴工人經(jīng)驗(yàn)，自動化程度不高；2、加工效率較低；3、加工精度較差；4、對于厚度較大的鋼板(厚度一般超過30_)以及特種鋼板具有局限性，傳統(tǒng)水火彎板在加工厚鋼板的時候往往需要多次的反復(fù)加工，不僅影響了成形效率而且精度不高；而對于溫度有嚴(yán)格要求的特殊鋼板，往往要求溫度控制在700°C以下，而利用傳統(tǒng)水火彎板工藝為了達(dá)到所需的變形量，加熱溫度往往超過900°C，從而造成鋼板材料性能惡化，嚴(yán)重的甚至產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致鋼板無法使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決目前水火彎板工藝中存在的問題，本發(fā)明提出一種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的方法，從而提高鋼板的成形效率和成形精度，并在滿足加工溫度的前提下，將特種鋼板加工到所需曲面形狀。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的加工方法，在線加熱成形的過程中，利用電磁力輔助鋼板成形，將電磁線圈置于鋼板上方并調(diào)整其位置，當(dāng)脈沖電流經(jīng)過電磁線圈時，電磁線圈周圍產(chǎn)生變化的磁場，鋼板內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)渦流；由于電磁線圈產(chǎn)生的磁場對鋼板中的渦流產(chǎn)生作用，導(dǎo)致電磁線圈和鋼板之間產(chǎn)生相互作用的電磁力，電磁力分為徑向電磁力和軸向電磁力，徑向電磁力對鋼板擠壓，促進(jìn)鋼板局部橫向收縮，而軸向電磁力使鋼板產(chǎn)生角變形；同時通過調(diào)整電流參數(shù)改變電磁力大小，從而在線加熱成形過程中控制鋼板的應(yīng)力和應(yīng)變的變化；所述方法包括下列步驟:
(a)根據(jù)待加工鋼板的設(shè)計(jì)曲面形狀，利用參數(shù)預(yù)報(bào)軟件預(yù)報(bào)電磁力輔助線加熱成形的加工工藝參數(shù)；
(b)在鋼板表面的加熱線位置處劃線，然后用鉆頭定位器在加熱線左右兩側(cè)加或減50mm處打點(diǎn)標(biāo)記測量點(diǎn)，并測量加工前每對測量點(diǎn)之間的距離和各肋位處的燒度偏差；
(c)啟動水火彎板機(jī)器人，通過控制面板輸入加工工藝參數(shù)，對鋼板進(jìn)行掃描和定位；Cd)待火焰噴嘴移動到加熱線指定位置后點(diǎn)火對鋼板進(jìn)行加工，同時利用冷卻水進(jìn)行跟蹤冷卻；當(dāng)上一條加熱線的水火彎板過程加工完成后，撤離熱源，將電磁線圈移動到此條加熱線的上方； (e)啟動電磁力輔助工藝裝置，調(diào)整電流參數(shù)，施加電磁力輔助鋼板成形；
Cf)待鋼板溫度下降到適宜范圍，關(guān)閉電磁力輔助工藝裝置，停止電磁力輔助加工；
(g)將熱源移動到下一條加熱線位置，重復(fù)步驟(C)-(f)，直到對所有加熱線位置完成加工；
(h)待鋼板冷卻至室溫后測量加工后各肋位處撓度偏差和各對測量點(diǎn)之間的局部收縮量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；然后利用根據(jù)設(shè)計(jì)曲面調(diào)節(jié)好的活絡(luò)樣板，判斷鋼板成形曲面是否滿足設(shè)計(jì)要求，如果滿足，停止一切加工；如果不滿足，修改水火彎板和電磁力輔助裝置的工藝參數(shù)，重新加工，直至獲得滿足設(shè)計(jì)要求的曲面。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:這種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的加工方法具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)相比傳統(tǒng)水火彎板工藝，這種方法可以提高船體復(fù)雜曲面外板的成形效率，同時由于電流參數(shù)可以調(diào)節(jié)，電磁能量易于控制，因此可以提高船體復(fù)雜曲面外板的成形精度，從而可以避免二次加工，降低船體外板的成形加工成本；
(2)在特種鋼板的線加熱成形過程中，將加工溫度控制在要求范圍內(nèi)，通過施加合適的電磁力促進(jìn)鋼板變形，既可以達(dá)到要求的成形曲面，又可以避免由于溫度過高引起的材料性能惡化和裂紋的產(chǎn)生。
[0007](3)整套工藝裝置操作方便，穩(wěn)定性較高，重復(fù)性較好，且其他材料的船體外板，如鋁合金板等也可以采用這種方法，通用性較高。
【附圖說明】
[0008]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對本發(fā)明展開進(jìn)一步說明。
[0009]圖1是電磁力輔助線加熱成形工藝裝置示意圖。
[0010]圖2是電磁力輔助線加熱成形工藝流程圖。
[0011]圖中:1、智能水火彎板機(jī)器人，2、火焰噴嘴，3、水火彎板機(jī)器人操作面板，4、導(dǎo)軌，
5、電磁線圈支架，6、電磁線圈，7、鋼板，8、加熱線。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1示出了電磁力輔助線加熱成形工藝裝置示意圖。圖中，在線加熱成形的過程中，利用電磁力輔助鋼板7成形，將電磁線圈6置于鋼板7上方，并可以調(diào)整其位置，當(dāng)脈沖電流經(jīng)過電磁線圈6時，電磁線圈6周圍產(chǎn)生變化的磁場，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，鋼板7內(nèi)將會產(chǎn)生感應(yīng)渦流。由于電磁線圈6產(chǎn)生的磁場會對鋼板7中的渦流產(chǎn)生作用，導(dǎo)致電磁線圈6和鋼板7之間產(chǎn)生相互作用的電磁力，分為徑向電磁力和軸向電磁力，徑向電磁力可以對鋼板7有徑向擠壓的作用，可以促進(jìn)鋼板7局部橫向收縮，而軸向電磁力可以促進(jìn)鋼板7的角變形；同時通過調(diào)整電流參數(shù)可以改變電磁力大小，從而在線加熱成形過程中控制鋼板7的應(yīng)力和應(yīng)變的變化。
[0013]圖2示出了電磁力輔助線加熱成形工藝流程圖。這種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的加工方法采用下列步驟:
Ca)根據(jù)待加工鋼板7的設(shè)計(jì)曲面形狀，利用參數(shù)預(yù)報(bào)軟件預(yù)報(bào)電磁力輔助線加熱成形的加工工藝參數(shù)； (b)進(jìn)行加工前的準(zhǔn)備工作:在鋼板7表面的加熱線8位置處劃線，然后用鉆頭定位器在加熱線左右兩側(cè)加或減50mm處(根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，加熱收縮量影響區(qū)在此范圍內(nèi))打點(diǎn)標(biāo)記測量點(diǎn)，并測量加工前每對測量點(diǎn)之間的距離和各肋位處的撓度偏差；
(c)啟動水火彎板機(jī)器人1，通過控制面板3輸入加工工藝參數(shù)，對鋼板7進(jìn)行掃描和定位;
(d)待火焰噴嘴2移動到加熱線指定位置后點(diǎn)火對鋼板7進(jìn)行加工，同時利用冷卻水進(jìn)行跟蹤冷卻；當(dāng)上一條加熱線的水火彎板過程加工完成后，撤離熱源，將電磁線圈6移動到此條加熱線的上方；
Ce)啟動電磁力輔助工藝裝置，調(diào)整電流參數(shù)，施加電磁力輔助鋼板7成形；
Cf)待鋼板7溫度下降到一定范圍，關(guān)閉電磁力輔助工藝裝置，停止電磁力輔助加工；
(g)將熱源移動到下一條加熱線位置，重復(fù)步驟(C)-(f)，直到對所有加熱線位置完成加工；
(h)待鋼板7冷卻至室溫后測量加工后各肋位處撓度偏差和各對測量點(diǎn)之間的局部收縮量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。然后利用根據(jù)設(shè)計(jì)曲面調(diào)節(jié)好的活絡(luò)樣板，判斷鋼板7成形曲面是否滿足設(shè)計(jì)要求，如果滿足，停止一切加工；如果不滿足，修改水火彎板和電磁力輔助裝置的工藝參數(shù)，重新加工，直至獲得滿足設(shè)計(jì)要求的曲面。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的加工方法，其特征是:在線加熱成形的過程中，利用電磁力輔助鋼板(7)成形，將電磁線圈(6)置于鋼板(7)上方并調(diào)整其位置，當(dāng)脈沖電流經(jīng)過電磁線圈(6)時，電磁線圈(6)周圍產(chǎn)生變化的磁場，鋼板(7)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)渦流；由于電磁線圈(6 )產(chǎn)生的磁場對鋼板(7 )中的渦流產(chǎn)生作用，導(dǎo)致電磁線圈(6 )和鋼板(7)之間產(chǎn)生相互作用的電磁力，電磁力分為徑向電磁力和軸向電磁力，徑向電磁力對鋼板(7)擠壓，促進(jìn)鋼板(7)局部橫向收縮，而軸向電磁力使鋼板(7)產(chǎn)生角變形；同時通過調(diào)整電流參數(shù)改變電磁力大小，從而在線加熱成形過程中控制鋼板(7)的應(yīng)力和應(yīng)變的變化；所述方法包括下列步驟: (a)根據(jù)待加工鋼板(7)的設(shè)計(jì)曲面形狀，利用參數(shù)預(yù)報(bào)軟件預(yù)報(bào)電磁力輔助線加熱成形的加工工藝參數(shù)； (b )在鋼板表面的加熱線(8 )位置處劃線，然后用鉆頭定位器在加熱線左右兩側(cè)加或減50mm處打點(diǎn)標(biāo)記測量點(diǎn)，并測量加工前每對測量點(diǎn)之間的距離和各肋位處的燒度偏差； (c)啟動水火彎板機(jī)器人(1)，通過控制面板(3)輸入加工工藝參數(shù)，對鋼板進(jìn)行掃描和定位； (d)待火焰噴嘴(2)移動到加熱線指定位置后點(diǎn)火對鋼板進(jìn)行加工，同時利用冷卻水進(jìn)行跟蹤冷卻；當(dāng)上一條加熱線的水火彎板過程加工完成后，撤離熱源，將電磁線圈(6)移動到此條加熱線的上方； Ce)啟動電磁力輔助工藝裝置，調(diào)整電流參數(shù)，施加電磁力輔助鋼板成形； Cf)待鋼板溫度下降到適宜范圍，關(guān)閉電磁力輔助工藝裝置，停止電磁力輔助加工； (g)將熱源移動到下一條加熱線位置，重復(fù)步驟(C)-(f)，直到對所有加熱線位置完成加工； (h)待鋼板(7)冷卻至室溫后測量加工后各肋位處撓度偏差和各對測量點(diǎn)之間的局部收縮量，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；然后利用根據(jù)設(shè)計(jì)曲面調(diào)節(jié)好的活絡(luò)樣板，判斷鋼板(7)成形曲面是否滿足設(shè)計(jì)要求，如果滿足，停止一切加工；如果不滿足，修改水火彎板和電磁力輔助裝置的工藝參數(shù)，重新加工，直至獲得滿足設(shè)計(jì)要求的曲面。
【專利摘要】一種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的加工方法，屬于船體外板成形加工技術(shù)領(lǐng)域。在線加熱成形的過程中，利用電磁力輔助鋼板成形，將電磁線圈置于鋼板上方并調(diào)整其位置，由于電磁線圈產(chǎn)生的磁場對鋼板中的渦流產(chǎn)生作用，導(dǎo)致電磁線圈和鋼板之間產(chǎn)生相互作用的電磁力，徑向電磁力對鋼板擠壓，促進(jìn)鋼板局部橫向收縮，而軸向電磁力使鋼板產(chǎn)生角變形；同時通過調(diào)整電流參數(shù)改變電磁力大小，從而在線加熱成形過程中控制鋼板的應(yīng)力和應(yīng)變的變化。該方法相比傳統(tǒng)水火彎板工作效率高，成本低，避免由于溫度過高引起的材料性能惡化和裂紋的產(chǎn)生。整套工藝操作方便，穩(wěn)定性較高，重復(fù)性較好，如鋁合金板等也可以采用這種方法，通用性高。
【IPC分類】B21D26/14
【公開號】CN105013920
【申請?zhí)枴緾N201510343973
【發(fā)明人】汪驥, 劉玉君, 李 瑞, 劉曉, 王順, 武江濤
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月22日