船舶復雜曲板熱加工成形工藝研究.doc

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1、船舶復雜曲板熱加工成形工藝研究摘要：在造船業(yè)，大量的雙曲度鋼板需要加工，外板成形加工的效率和質量直接影響整個造船進度和質量。本文總結了近年來火焰加熱、高頻感應加熱、激光成形等熱加工工藝的新進展，闡述了船體曲板熱加工成形的國內外研究近況，提出了進一步研究的方向。關鍵詞：船體板；熱成形；水火彎板；高頻感應加熱在“中國制造2025”和“智能制造”的戰(zhàn)略背景下，船舶制造這一傳統(tǒng)制造領域為實現(xiàn)智能造船，急需推進船舶智能制造生產(chǎn)流水線。在造船行業(yè)有大量的船體復雜曲面外板需要加工，外板成形加工的效率和質量直接影響整個造船進度和質量。船舶復雜曲板成形是實現(xiàn)船舶智能制造的關鍵一環(huán)，加工方法分為冷加工

2、成形和熱加工成形。熱加工成形是一種船舶曲面外板成形的重要方法，該方法需預先設定加工方案，采用熱源在鋼板表面局部線狀加熱，在鋼板厚度方向上產(chǎn)生一定的溫度梯度，冷卻后沿厚度方向產(chǎn)生不同的收縮變形，從而促使鋼板產(chǎn)生整體變形。按照熱源不同可分為火焰加熱、高頻感應加熱、激光成形等。單純依靠人工經(jīng)驗加工船舶復雜曲板已無法滿足智能造船的要求，船舶復雜曲板自動化加工一直是造船業(yè)的研究熱點。實現(xiàn)水火彎板工藝參數(shù)預報，擺脫對加工經(jīng)驗的依賴，進而實現(xiàn)船舶曲板水火加工自動化和智能化，是造船領域專家學者努力的目標之一。1火焰加熱研究現(xiàn)狀6學海無涯船舶復雜曲板熱加工成形工藝研究摘要：在造船業(yè)，大量的雙曲度鋼板

3、需要加工，外板成形加工的效率和質量直接影響整個造船進度和質量。本文總結了近年來火焰加熱、高頻感應加熱、激光成形等熱加工工藝的新進展，闡述了船體曲板熱加工成形的國內外研究近況，提出了進一步研究的方向。關鍵詞：船體板；熱成形；水火彎板；高頻感應加熱在“中國制造2025”和“智能制造”的戰(zhàn)略背景下，船舶制造這一傳統(tǒng)制造領域為實現(xiàn)智能造船，急需推進船舶智能制造生產(chǎn)流水線。在造船行業(yè)有大量的船體復雜曲面外板需要加工，外板成形加工的效率和質量直接影響整個造船進度和質量。船舶復雜曲板成形是實現(xiàn)船舶智能制造的關鍵一環(huán)，加工方法分為冷加工成形和熱加工成形。熱加工成形是一種船舶曲面外板成形的重要方法，

4、該方法需預先設定加工方案，采用熱源在鋼板表面局部線狀加熱，在鋼板厚度方向上產(chǎn)生一定的溫度梯度，冷卻后沿厚度方向產(chǎn)生不同的收縮變形，從而促使鋼板產(chǎn)生整體變形。按照熱源不同可分為火焰加熱、高頻感應加熱、激光成形等。單純依靠人工經(jīng)驗加工船舶復雜曲板已無法滿足智能造船的要求，船舶復雜曲板自動化加工一直是造船業(yè)的研究熱點。實現(xiàn)水火彎板工藝參數(shù)預報，擺脫對加工經(jīng)驗的依賴，進而實現(xiàn)船舶曲板水火加工自動化和智能化，是造船領域專家學者努力的目標之一。1火焰加熱研究現(xiàn)狀6學海無涯火焰加熱一般利用氧-乙炔或氧-丙烯作為熱源，跟蹤水冷。該方法是目前世界各國廣泛采用的商船復雜曲板加工成形方法，具有操作簡單、

5、成本低廉、適用范圍大等優(yōu)勢。船體復雜曲板加工的研究思路一般通過數(shù)值計算和實驗相結合的方法研究成形機理，研究變形和工藝參數(shù)之間的規(guī)律，建立相關的數(shù)學模型，試圖將設計曲面和變形建立聯(lián)系，根據(jù)設計曲面的數(shù)據(jù)和相關的數(shù)學模型預測成形工藝參數(shù)。曲板成形數(shù)值計算的研究方法主要分為熱彈塑性有限元法和固有應變法，日本學者研究水火彎板根據(jù)固有應變法，韓國和國內學者采用熱彈塑性有限元法。1.1火焰加熱國外研究近況。日本大阪大學Vega等[1-2]研究了交叉加熱線對固有應變的影響，研究中將兩條加熱線十字交叉布置。分析了熱輸入、板厚、板長、板寬對線變形和角變形的影響，進而分析了不同板長下第一條加熱線長度和

6、第二條加熱線長度的比值對線變形和角變形的影響。揭示了加熱線的交叉效應、加熱條件和幾何因素對固有變形的影響。日本東京大學Sun等[3]提出了一種基于虛擬樣板的曲面匹配方法，掃描得到加工曲面，根據(jù)設計曲面計算虛擬樣板，采用區(qū)域生長算法匹配加工曲面和虛擬樣板，開發(fā)相應的軟件顯示設計曲面和加工曲面的偏差，指導工人進行水火彎板加工。韓國三星重工Park等[4]提出了一種水火彎板加工閉環(huán)的方法，包括加工、曲面測量、曲面匹配和二次加工等，采用激光掃描曲面，并進行曲面匹配，帆形板采用三角形加熱，鞍形板采用線加熱。1.2火焰加熱國內研究近況。徐金雄等[5-6]提出一種基于曲面分解的特征識別與專家分類

7、方法。將外板曲面分解成橫向彎曲面、縱向彎曲面和扭向彎曲面，再對分解曲面的特征進行分析，總結出簡單板型的特點及分類規(guī)則，為外板加工參數(shù)的優(yōu)化選擇提供依據(jù)。此外，提出一種船體外板成形效果的量化評價方法，將設計曲面和加工曲面的肋骨線置于同一坐標系下，計算肋骨線關鍵點的曲率，計算兩個曲面關鍵點肋骨線曲率的皮爾遜相關系數(shù)，據(jù)此量化水火彎板的成形進度。江蘇大學齊亮等[7]研究了水火彎板成形影響因素對表面溫度和變形的影響。為比較不同成形條件下的熱輸入，提出了單位面積熱源總能量的有效