船舶复杂曲板热加工成形工艺研究.doc

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1、船舶复杂曲板热加工成形工艺研究摘要：在造船业，大量的双曲度钢板需要加工，外板成形加工的效率和质量直接影响整个造船进度和质量。本文总结了近年来火焰加热、高频感应加热、激光成形等热加工工艺的新进展，阐述了船体曲板热加工成形的国内外研究近况，提出了进一步研究的方向。关键词：船体板；热成形；水火弯板；高频感应加热在“中国制造2025”和“智能制造”的战略背景下，船舶制造这一传统制造领域为实现智能造船，急需推进船舶智能制造生产流水线。在造船行业有大量的船体复杂曲面外板需要加工，外板成形加工的效率和质量直接影响整个造船进度和质量。船舶复杂曲板成形是实现船舶智能制造的关键一环，加工方法分为冷加工

2、成形和热加工成形。热加工成形是一种船舶曲面外板成形的重要方法，该方法需预先设定加工方案，采用热源在钢板表面局部线状加热，在钢板厚度方向上产生一定的温度梯度，冷却后沿厚度方向产生不同的收缩变形，从而促使钢板产生整体变形。按照热源不同可分为火焰加热、高频感应加热、激光成形等。单纯依靠人工经验加工船舶复杂曲板已无法满足智能造船的要求，船舶复杂曲板自动化加工一直是造船业的研究热点。实现水火弯板工艺参数预报，摆脱对加工经验的依赖，进而实现船舶曲板水火加工自动化和智能化，是造船领域专家学者努力的目标之一。1火焰加热研究现状6学海无涯船舶复杂曲板热加工成形工艺研究摘要：在造船业，大量的双曲度钢板

3、需要加工，外板成形加工的效率和质量直接影响整个造船进度和质量。本文总结了近年来火焰加热、高频感应加热、激光成形等热加工工艺的新进展，阐述了船体曲板热加工成形的国内外研究近况，提出了进一步研究的方向。关键词：船体板；热成形；水火弯板；高频感应加热在“中国制造2025”和“智能制造”的战略背景下，船舶制造这一传统制造领域为实现智能造船，急需推进船舶智能制造生产流水线。在造船行业有大量的船体复杂曲面外板需要加工，外板成形加工的效率和质量直接影响整个造船进度和质量。船舶复杂曲板成形是实现船舶智能制造的关键一环，加工方法分为冷加工成形和热加工成形。热加工成形是一种船舶曲面外板成形的重要方法，

4、该方法需预先设定加工方案，采用热源在钢板表面局部线状加热，在钢板厚度方向上产生一定的温度梯度，冷却后沿厚度方向产生不同的收缩变形，从而促使钢板产生整体变形。按照热源不同可分为火焰加热、高频感应加热、激光成形等。单纯依靠人工经验加工船舶复杂曲板已无法满足智能造船的要求，船舶复杂曲板自动化加工一直是造船业的研究热点。实现水火弯板工艺参数预报，摆脱对加工经验的依赖，进而实现船舶曲板水火加工自动化和智能化，是造船领域专家学者努力的目标之一。1火焰加热研究现状6学海无涯火焰加热一般利用氧-乙炔或氧-丙烯作为热源，跟踪水冷。该方法是目前世界各国广泛采用的商船复杂曲板加工成形方法，具有操作简单、

5、成本低廉、适用范围大等优势。船体复杂曲板加工的研究思路一般通过数值计算和实验相结合的方法研究成形机理，研究变形和工艺参数之间的规律，建立相关的数学模型，试图将设计曲面和变形建立联系，根据设计曲面的数据和相关的数学模型预测成形工艺参数。曲板成形数值计算的研究方法主要分为热弹塑性有限元法和固有应变法，日本学者研究水火弯板根据固有应变法，韩国和国内学者采用热弹塑性有限元法。1.1火焰加热国外研究近况。日本大阪大学Vega等[1-2]研究了交叉加热线对固有应变的影响，研究中将两条加热线十字交叉布置。分析了热输入、板厚、板长、板宽对线变形和角变形的影响，进而分析了不同板长下第一条加热线长度和

6、第二条加热线长度的比值对线变形和角变形的影响。揭示了加热线的交叉效应、加热条件和几何因素对固有变形的影响。日本东京大学Sun等[3]提出了一种基于虚拟样板的曲面匹配方法，扫描得到加工曲面，根据设计曲面计算虚拟样板，采用区域生长算法匹配加工曲面和虚拟样板，开发相应的软件显示设计曲面和加工曲面的偏差，指导工人进行水火弯板加工。韩国三星重工Park等[4]提出了一种水火弯板加工闭环的方法，包括加工、曲面测量、曲面匹配和二次加工等，采用激光扫描曲面，并进行曲面匹配，帆形板采用三角形加热，鞍形板采用线加热。1.2火焰加热国内研究近况。徐金雄等[5-6]提出一种基于曲面分解的特征识别与专家分类

7、方法。将外板曲面分解成横向弯曲面、纵向弯曲面和扭向弯曲面，再对分解曲面的特征进行分析，总结出简单板型的特点及分类规则，为外板加工参数的优化选择提供依据。此外，提出一种船体外板成形效果的量化评价方法，将设计曲面和加工曲面的肋骨线置于同一坐标系下，计算肋骨线关键点的曲率，计算两个曲面关键点肋骨线曲率的皮尔逊相关系数，据此量化水火弯板的成形进度。江苏大学齐亮等[7]研究了水火弯板成形影响因素对表面温度和变形的影响。为比较不同成形条件下的热输入，提出了单位面积热源总能量的有效