一種利用電磁力輔助船體外板線加熱成形的加工方法
【技術領域】
[0001]本發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領域。
【背景技術】
[0002]線加熱成形技術，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行加熱，在加熱過程中船體外板由于溫度上升導致體積膨脹，同時利用冷卻水進行跟蹤冷卻，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生殘余熱應力和應變，導致船舶外板發生彎曲變形，從而達到加工要求。
[0003]但是這種加工方式存在如下缺陷:1、過渡依賴工人經驗，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，傳統水火彎板在加工厚鋼板的時候往往需要多次的反復加工，不僅影響了成形效率而且精度不高；而對于溫度有嚴格要求的特殊鋼板，往往要求溫度控制在700°C以下，而利用傳統水火彎板工藝為了達到所需的變形量，加熱溫度往往超過900°C，從而造成鋼板材料性能惡化，嚴重的甚至產生裂紋，最終導致鋼板無法使用。
【發明內容】
[0004]為了解決目前水火彎板工藝中存在的問題，本發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]本發明采用的技術方案是: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整其位置，當脈沖電流經過電磁線圈時，電磁線圈周圍產生變化的磁場，鋼板內產生感應渦流；由于電磁線圈產生的磁場對鋼板中的渦流產生作用，導致電磁線圈和鋼板之間產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，促進鋼板局部橫向收縮，而軸向電磁力使鋼板產生角變形；同時通過調整電流參數改變電磁力大小，從而在線加熱成形過程中控制鋼板的應力和應變的變化；所述方法包括下列步驟:
(a)根據待加工鋼板的設計曲面形狀，利用參數預報軟件預報電磁力輔助線加熱成形的加工工藝參數；
(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加或減50mm處打點標記測量點，并測量加工前每對測量點之間的距離和各肋位處的燒度偏差；
(c)啟動水火彎板機器人，通過控制面板輸入加工工藝參數，對鋼板進行掃描和定位；Cd)待火焰噴嘴移動到加熱線指定位置后點火對鋼板進行加工，同時利用冷卻水進行跟蹤冷卻；當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，調整電流參數，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之間的局部收縮量，記錄實驗數據；然后利用根據設計曲面調節好的活絡樣板，判斷鋼板成形曲面是否滿足設計要求，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，重新加工，直至獲得滿足設計要求的曲面。
[0006]本發明的有益效果是: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點:
(1)相比傳統水火彎板工藝，這種方法可以提高船體復雜曲面外板的成形效率，同時由于電流參數可以調節，電磁能量易于控制，因此可以提高船體復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，通過施加合適的電磁力促進鋼板變形，既可以達到要求的成形曲面，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生。
[0007](3)整套工藝裝置操作方便，穩定性較高，重復性較好，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]以下結合附圖和具體實施方法對本發明展開進一步說明。
[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、智能水火彎板機器人，2、火焰噴嘴，3、水火彎板機器人操作面板，4、導軌，
5、電磁線圈支架，6、電磁線圈，7、鋼板，8、加熱線。
【具體實施方式】
[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，并可以調整其位置，當脈沖電流經過電磁線圈6時，電磁線圈6周圍產生變化的磁場，根據電磁感應定律，鋼板7內將會產生感應渦流。由于電磁線圈6產生的磁場會對鋼板7中的渦流產生作用，導致電磁線圈6和鋼板7之間產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，可以促進鋼板7局部橫向收縮，而軸向電磁力可以促進鋼板7的角變形；同時通過調整電流參數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的應力和應變的變化。
[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)根據待加工鋼板7的設計曲面形狀，利用參數預報軟件預報電磁力輔助線加熱成形的加工工藝參數； (b)進行加工前的準備工作: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加或減50mm處(根據經驗，加熱收縮量影響區在此范圍內)打點標記測量點，并測量加工前每對測量點之間的距離和各肋位處的撓度偏差；
(c)啟動水火彎板機器人1，通過控制面板3輸入加工工藝參數，對鋼板7進行掃描和定位;
(d)待火焰噴嘴2移動到加熱線指定位置后點火對鋼板7進行加工，同時利用冷卻水進行跟蹤冷卻；當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，調整電流參數，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之間的局部收縮量，記錄實驗數據。然后利用根據設計曲面調節好的活絡樣板，判斷鋼板7成形曲面是否滿足設計要求，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，重新加工，直至獲得滿足設計要求的曲面。
【主權項】
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)上方并調整其位置，當脈沖電流經過電磁線圈(6)時，電磁線圈(6)周圍產生變化的磁場，鋼板(7)內產生感應渦流；由于電磁線圈(6 )產生的磁場對鋼板(7 )中的渦流產生作用，導致電磁線圈(6 )和鋼板(7)之間產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，促進鋼板(7)局部橫向收縮，而軸向電磁力使鋼板(7)產生角變形；同時通過調整電流參數改變電磁力大小，從而在線加熱成形過程中控制鋼板(7)的應力和應變的變化；所述方法包括下列步驟: (a)根據待加工鋼板(7)的設計曲面形狀，利用參數預報軟件預報電磁力輔助線加熱成形的加工工藝參數； (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加或減50mm處打點標記測量點，并測量加工前每對測量點之間的距離和各肋位處的燒度偏差； (c)啟動水火彎板機器人(1)，通過控制面板(3)輸入加工工藝參數，對鋼板進行掃描和定位； (d)待火焰噴嘴(2)移動到加熱線指定位置后點火對鋼板進行加工，同時利用冷卻水進行跟蹤冷卻；當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，調整電流參數，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之間的局部收縮量，記錄實驗數據；然后利用根據設計曲面調節好的活絡樣板，判斷鋼板(7)成形曲面是否滿足設計要求，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，重新加工，直至獲得滿足設計要求的曲面。
【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領域。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整其位置，由于電磁線圈產生的磁場對鋼板中的渦流產生作用，導致電磁線圈和鋼板之間產生相互作用的電磁力，徑向電磁力對鋼板擠壓，促進鋼板局部橫向收縮，而軸向電磁力使鋼板產生角變形；同時通過調整電流參數改變電磁力大小，從而在線加熱成形過程中控制鋼板的應力和應變的變化。該方法相比傳統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生。整套工藝操作方便，穩定性較高，重復性較好，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
【申請號】CN201510343973
【發明人】汪驥, 劉玉君, 李 瑞, 劉曉, 王順, 武江濤
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年11月4日
【申請日】2015年6月22日