CN105013920B - 一种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的加工方法，属于船体外板成形加工技术领域。在线加热成形的过程中，利用电磁力辅助钢板成形，将电磁线圈置于钢板上方并调整其位置，由于电磁线圈产生的磁场对钢板中的涡流产生作用，导致电磁线圈和钢板之间产生相互作用的电磁力，径向电磁力对钢板挤压，促进钢板局部横向收缩，而轴向电磁力使钢板产生角变形；同时通过调整电流参数改变电磁力大小，从而在线加热成形过程中控制钢板的应力和应变的变化。该方法相比传统水火弯板工作效率高，成本低，避免由于温度过高引起的材料性能恶化和裂纹的产生。整套工艺操作方便，稳定性较高，重复性较好，如铝合金板等也可以采用这种方法，通用性高。

Description

一种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的加工方法

技术领域

本发明提供一种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的加工方法，属于船体外板成形加工技术领域。

背景技术

线加热成形技术，俗称水火弯板工艺，是目前世界上各大船厂普通采用的加工船体复杂曲面外板的方法，即利用加热源（如氧-丙烯火焰等）对船舶外板沿着线状加热线进行加热，在加热过程中船体外板由于温度上升导致体积膨胀，同时利用冷却水进行跟踪冷却，此时外板被加热部分受冷后迅速收缩，最终外板在加热线附近产生残余热应力和应变，导致船舶外板发生弯曲变形，从而达到加工要求。

但是这种加工方式存在如下缺陷：1、过渡依赖工人经验，自动化程度不高；2、加工效率较低；3、加工精度较差；4、对于厚度较大的钢板（厚度一般超过30mm）以及特种钢板具有局限性，传统水火弯板在加工厚钢板的时候往往需要多次的反复加工，不仅影响了成形效率而且精度不高；而对于温度有严格要求的特殊钢板，往往要求温度控制在700℃以下，而利用传统水火弯板工艺为了达到所需的变形量，加热温度往往超过900℃，从而造成钢板材料性能恶化，严重的甚至产生裂纹，最终导致钢板无法使用。

发明内容

为了解决目前水火弯板工艺中存在的问题，本发明提出一种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的方法，从而提高钢板的成形效率和成形精度，并在满足加工温度的前提下，将特种钢板加工到所需曲面形状。

本发明采用的技术方案是：一种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的加工方法，在线加热成形的过程中，利用电磁力辅助钢板成形，将电磁线圈置于钢板上方并调整其位置，当脉冲电流经过电磁线圈时，电磁线圈周围产生变化的磁场，钢板内产生感应涡流；由于电磁线圈产生的磁场对钢板中的涡流产生作用，导致电磁线圈和钢板之间产生相互作用的电磁力，电磁力分为径向电磁力和轴向电磁力，径向电磁力对钢板挤压，促进钢板局部横向收缩，而轴向电磁力使钢板产生角变形；同时通过调整电流参数改变电磁力大小，从而在线加热成形过程中控制钢板的应力和应变的变化；所述方法包括下列步骤：

（a）根据待加工钢板的设计曲面形状，利用参数预报软件预报电磁力辅助线加热成形的加工工艺参数；

（b）在钢板表面的加热线位置处划线，然后用钻头定位器在加热线左右两侧加或减50mm处打点标记测量点，并测量加工前每对测量点之间的距离和各肋位处的挠度偏差；

（c）启动水火弯板机器人，通过控制面板输入加工工艺参数，对钢板进行扫描和定位；

（d）待火焰喷嘴移动到加热线指定位置后点火对钢板进行加工，同时利用冷却水进行跟踪冷却；当上一条加热线的水火弯板过程加工完成后，撤离热源，将电磁线圈移动到此条加热线的上方；

（e）启动电磁力辅助工艺装置，调整电流参数，施加电磁力辅助钢板成形；

（f）待钢板温度下降到适宜范围，关闭电磁力辅助工艺装置，停止电磁力辅助加工；

（g）将热源移动到下一条加热线位置，重复步骤（c）-（f），直到对所有加热线位置完成加工；

（h）待钢板冷却至室温后测量加工后各肋位处挠度偏差和各对测量点之间的局部收缩量，记录实验数据；然后利用根据设计曲面调节好的活络样板，判断钢板成形曲面是否满足设计要求，如果满足，停止一切加工；如果不满足，修改水火弯板和电磁力辅助装置的工艺参数，重新加工，直至获得满足设计要求的曲面。

本发明的有益效果是：这种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的加工方法具有如下优点：

（1）相比传统水火弯板工艺，这种方法可以提高船体复杂曲面外板的成形效率，同时由于电流参数可以调节，电磁能量易于控制，因此可以提高船体复杂曲面外板的成形精度，从而可以避免二次加工，降低船体外板的成形加工成本；

（2）在特种钢板的线加热成形过程中，将加工温度控制在要求范围内，通过施加合适的电磁力促进钢板变形，既可以达到要求的成形曲面，又可以避免由于温度过高引起的材料性能恶化和裂纹的产生。

（3）整套工艺装置操作方便，稳定性较高，重复性较好，且其他材料的船体外板，如铝合金板等也可以采用这种方法，通用性较高。

附图说明

以下结合附图和具体实施方法对本发明展开进一步说明。

图1 是电磁力辅助线加热成形工艺装置示意图。

图2 是电磁力辅助线加热成形工艺流程图。

图中：1、智能水火弯板机器人，2、火焰喷嘴，3、水火弯板机器人操作面板，4、导轨，5、电磁线圈支架，6、电磁线圈，7、钢板，8、加热线。

具体实施方式

图1 示出了电磁力辅助线加热成形工艺装置示意图。图中，在线加热成形的过程中，利用电磁力辅助钢板7成形，将电磁线圈6置于钢板7上方，并可以调整其位置，当脉冲电流经过电磁线圈6时，电磁线圈6周围产生变化的磁场，根据电磁感应定律，钢板7内将会产生感应涡流。由于电磁线圈6产生的磁场会对钢板7中的涡流产生作用，导致电磁线圈6和钢板7之间产生相互作用的电磁力，分为径向电磁力和轴向电磁力，径向电磁力可以对钢板7有径向挤压的作用，可以促进钢板7局部横向收缩，而轴向电磁力可以促进钢板7的角变形；同时通过调整电流参数可以改变电磁力大小，从而在线加热成形过程中控制钢板7的应力和应变的变化。

图2示出了电磁力辅助线加热成形工艺流程图。这种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的加工方法采用下列步骤：

（a）根据待加工钢板7的设计曲面形状，利用参数预报软件预报电磁力辅助线加热成形的加工工艺参数；

（b）进行加工前的准备工作：在钢板7表面的加热线8位置处划线，然后用钻头定位器在加热线左右两侧加或减50mm处（根据经验，加热收缩量影响区在此范围内）打点标记测量点，并测量加工前每对测量点之间的距离和各肋位处的挠度偏差；

（c）启动水火弯板机器人1，通过控制面板3输入加工工艺参数，对钢板7进行扫描和定位；

（d）待火焰喷嘴2移动到加热线指定位置后点火对钢板7进行加工，同时利用冷却水进行跟踪冷却；当上一条加热线的水火弯板过程加工完成后，撤离热源，将电磁线圈6移动到此条加热线的上方；

（e）启动电磁力辅助工艺装置，调整电流参数，施加电磁力辅助钢板7成形；

（f）待钢板7温度下降到一定范围，关闭电磁力辅助工艺装置，停止电磁力辅助加工；

（g）将热源移动到下一条加热线位置，重复步骤（c）-（f），直到对所有加热线位置完成加工；

（h）待钢板7冷却至室温后测量加工后各肋位处挠度偏差和各对测量点之间的局部收缩量，记录实验数据。然后利用根据设计曲面调节好的活络样板，判断钢板7成形曲面是否满足设计要求，如果满足，停止一切加工；如果不满足，修改水火弯板和电磁力辅助装置的工艺参数，重新加工，直至获得满足设计要求的曲面。

Claims (1)

1.一种利用电磁力辅助船体外板线加热成形的加工方法，其特征是：在线加热成形的过程中，利用电磁力辅助钢板（7）成形，将电磁线圈（6）置于钢板（7）上方并调整其位置，当脉冲电流经过电磁线圈（6）时，电磁线圈（6）周围产生变化的磁场，钢板（7）内产生感应涡流；由于电磁线圈（6）产生的磁场对钢板（7）中的涡流产生作用，导致电磁线圈（6）和钢板（7）之间产生相互作用的电磁力，电磁力分为径向电磁力和轴向电磁力，径向电磁力对钢板（7）挤压，促进钢板（7）局部横向收缩，而轴向电磁力使钢板（7）产生角变形；同时通过调整电流参数改变电磁力大小，从而在线加热成形过程中控制钢板（7）的应力和应变的变化；所述方法包括下列步骤：

（a）根据待加工钢板（7）的设计曲面形状，利用参数预报软件预报电磁力辅助线加热成形的加工工艺参数；

（b）在钢板表面的加热线（8）位置处划线，然后用钻头定位器在加热线左右两侧加或减50mm处打点标记测量点，并测量加工前每对测量点之间的距离和各肋位处的挠度偏差；

（c）启动水火弯板机器人（1），通过控制面板（3）输入加工工艺参数，对钢板进行扫描和定位；

（d）待火焰喷嘴（2）移动到加热线指定位置后点火对钢板进行加工，同时利用冷却水进行跟踪冷却；当上一条加热线的水火弯板过程加工完成后，撤离热源，将电磁线圈（6）移动到此条加热线的上方；

（e）启动电磁力辅助工艺装置，调整电流参数，施加电磁力辅助钢板成形；

（f）待钢板温度下降到适宜范围，关闭电磁力辅助工艺装置，停止电磁力辅助加工；

（g）将热源移动到下一条加热线位置，重复步骤（c）-（f），直到对所有加热线位置完成加工；

（h）待钢板（7）冷却至室温后测量加工后各肋位处挠度偏差和各对测量点之间的局部收缩量，记录实验数据；然后利用根据设计曲面调节好的活络样板，判断钢板（7）成形曲面是否满足设计要求，如果满足，停止一切加工；如果不满足，修改水火弯板和电磁力辅助装置的工艺参数，重新加工，直至获得满足设计要求的曲面。