CN113910125B - 一种气囊式双曲率薄板零件保形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种气囊式双曲率薄板零件保形装置及方法，装置由若干支撑单元紧凑拼接组成；支撑单元包括连接底框、外螺纹调节支柱、内螺纹调节支柱、气囊座及气囊；外螺纹调节支柱坐落在连接底框内并与连接底框固定连接，外螺纹调节支柱的外侧活动套装内螺纹调节支柱，内螺纹调节支柱上部设有气囊座，气囊座内装配有气囊，气囊为双曲率薄板零件提供柔性支撑；支撑单元，依据双曲率薄板零件的尺寸调整支撑单元数量，并依据双曲率薄板零件的曲率调节支撑单元的高度，能够满足薄板零件的支撑保形需求。由于本发明采用弱刚性支撑及柔性接触，适应不同尺寸、不同线形的双曲率薄板零件用于保形支撑。适宜作为一种气囊式双曲率薄板零件保形装置及方法应用。

Description

一种气囊式双曲率薄板零件保形装置及方法

技术领域

本发明涉及船舶船体结构建造领域，特别是涉及一种气囊式双曲率薄板零件保形装置及方法。

背景技术

船舶复杂曲面外板柔性成型指通过多点柔性成型弯板机对复杂双曲率船舶外板进行冷压加工成型，该方法为近年来新兴的一种成型工艺方法，一定程度上替代了传统的水火弯板成型方法，提高了船舶双曲率外板成型效率及双曲率外板成型后的板材力学性能。船舶复杂曲面外板柔性成型设备最初是采用一种可调形的下模依据目标成型曲率进行调形后，通过可调形的上模施加集中力的方式进行弯曲加工，与传统油压机弯曲方式原理基本相同，极易因为下模调形曲率不适合产生褶皱。后经过对上模原理的改进，采用可施加均压力的离散上模加压方式进行弯曲成型，极好的控制了褶皱的产生，使得多点柔性成型弯板机的工程应用成为可能。

伴随加工工艺方法的逐渐成熟，复杂曲面柔性成型工艺方法的加工精度逐步提高。但薄板双曲率零件因其自身刚度弱，加工后在转工序检验或装配焊接过程中经常出现变形情况，尤其是4-6mm厚度范围内的大尺寸薄板零件最易产生变形。

发明内容

为了能够解决薄板双曲率零件刚度弱难以支撑保型的技术问题，本发明提出了一种气囊式双曲率薄板零件保形装置及方法。该发明通过连接底框上固定外螺纹调节支柱，并在其外侧活动套装有所述内螺纹调节支柱，在内螺纹调节支柱上方设有气囊座，气囊座内装配气囊组成支撑单元，再通过若干组支撑单元紧凑拼接构成薄板零件保型装置，解决不同线形尺寸双曲率薄板在加工后的精度控制问题，同时还能减小装配过程中的变形，保证线形精度。适宜作为双曲率薄板零件保形装置及方法应用。

本发明解决技术问题所采用的方案是：

一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，由若干支撑单元紧凑拼接组成；所述支撑单元包括连接底框、外螺纹调节支柱、内螺纹调节支柱、气囊座及气囊；所述外螺纹调节支柱坐落在所述连接底框内并与连接底框固定连接，所述外螺纹调节支柱的外侧活动套装有所述内螺纹调节支柱，所述内螺纹调节支柱上部设有所述气囊座，所述气囊座内装配有气囊，所述气囊为双曲率薄板零件提供柔性支撑；所述支撑单元，依据双曲率薄板零件的尺寸调整支撑单元数量，并依据双曲率薄板零件的曲率调节支撑单元的高度，能够满足薄板零件的支撑保形需求。

为了进一步解决本发明所要解决的技术问题，本发明提供的连接底框中，为上开盖的浅箱型结构，箱体四壁和箱底板上均开设有螺纹孔，所述四壁上螺纹孔用于与其他连接底框连接，底板上螺纹孔用于与外螺纹调节支柱的底端固定连接，作为支撑单元的底座。

优选的，所述外螺纹调节支柱为上端设有外螺纹下端设有法兰的柱形结构，下端利用法兰与所述连接底框通过螺栓固定连接，上端活动连接有内螺纹调节支柱。

优选的，所述内螺纹调节支柱为上端设有法兰，下端设有开口的筒型结构，所述筒体内壁设有内螺纹；所述内螺纹调节支柱与所述外螺纹调节支柱利用内外螺纹结构连接，通过相对旋转可升降所述内螺纹调节支柱，从而调整内螺纹调节支柱与外螺纹调节支柱的整体高度，来适应不同线形的双曲率薄板零件的支撑需求。

积极效果：

1. 由于本发明采用外螺纹调节支柱外部套装内螺纹调节支柱，并利用螺纹结构旋转调整整体装置的高度，可根据薄板零件线性规格柔性可调保证了装置的弱刚性支撑，与传统工艺相比本装置确保薄板零件在转序过程中的精度，可适应不同尺寸、不同线形的双曲率薄板零件用于保形支撑。

2、由于本发明采用法兰与连接底框及气囊座连接安装，方法操作简便，实用性强，变形控制效果好。

3、由于本发明采用气囊与薄板零件实现柔性的面接触，为薄板零件提供稳定及柔性支撑，同时气囊能避免划伤薄板零件的表面。

4、由于本发明采用预先安装支撑单元确定高度，并且试吊后灵活调整气囊的气压状态灵活调整，能够适应不同尺寸、不同线形的双曲率薄板零件用于保形支撑。

综上所述，适宜作为一种气囊式双曲率薄板零件保形装置及方法应用。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明支撑单元示意图；

图3为本发明支撑单元剖视图。

图中，1.连接底框，2.外螺纹调节支柱，3.内螺纹调节支柱，4.气囊座，4.1.开孔，4.2.环状凸台，5.气囊。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

据图所示，一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，所述装置由若干支撑单元紧凑拼接组成；所述支撑单元包括连接底框1、外螺纹调节支柱2、内螺纹调节支柱3、气囊座4及气囊5；所述外螺纹调节支柱2坐落在所述连接底框1内并与连接底框1固定连接，所述外螺纹调节支柱2的外侧活动套装有所述内螺纹调节支柱3，所述内螺纹调节支柱3上部设有所述气囊座4，所述气囊座4内装配有气囊5，所述气囊5为双曲率薄板零件提供柔性支撑；所述支撑单元，依据双曲率薄板零件的尺寸调整支撑单元数量，并依据双曲率薄板零件的曲率调节支撑单元的高度，能够满足薄板零件的支撑保形需求。

所述连接底框1为上开盖的浅箱型结构，箱体四壁和箱底板上均开设有螺纹孔，所述四壁上螺纹孔用于与其他连接底框1连接依据薄板零件的尺寸及曲率来调整连接底框1拼接的数量以提供多个支撑单元，确保薄板零件在存放时装置能够提供足够支撑达到稳定效果，底板上螺纹孔用于与外螺纹调节支柱2的底端固定连接，作为支撑单元的底座。

所述外螺纹调节支柱2为上端设有外螺纹下端设有法兰的柱形结构，下端利用法兰与所述连接底框1通过螺栓固定连接，上端活动连接有内螺纹调节支柱3。

所述内螺纹调节支柱3为上端设有法兰，下端设有开口的筒型结构，所述筒型体内壁设有内螺纹；所述内螺纹调节支柱3与所述外螺纹调节支柱2利用内外螺纹结构连接，通过相对旋转可升降所述内螺纹调节支柱3，从而调整内螺纹调节支柱3与外螺纹调节支柱2的整体高度，以适应不同线形的双曲率薄板零件的支撑需求；所述内螺纹调节支柱3筒型体上端的法兰连接安装有所述气囊座4。

所述气囊座4为上端开口的筒形结构，所述筒体内壁设有内螺纹，筒体底端设有法兰，贴近所述法兰的筒体底端开设有长方形的开孔4.1用于所述气囊5的充泄气，在保证泄气安全的同时还能作为气囊5接气口；所述筒体内壁位于开孔4.1上方对称设有两个四分之一圆的环状凸台4.2，用于搁置所述气囊5；能够将气囊5垫高一部分，确保气囊5下端接气口或连接管等有充足空间不受挤压。

所述气囊5为圆柱形，用作与双曲率薄板零件的面接触并且提供柔性支撑。

所述内螺纹调节支柱3上端可重复叠加外螺纹调节支柱2与内螺纹调节支柱3结构并通过法兰连接，扩大支撑单元调整高度的范围从而适应线形较大的薄板零件，满足所有常见规格的双曲率薄板。

所述外螺纹调节支柱2与所述内螺纹调节支柱3的高度均为400mm，最大可调节高度为300mm以确保可以有效连接，所述外螺纹调节支柱2与所述内螺纹调节支柱3整体高度的范围为400mm-700mm。

所述连接底框1的边长尺寸为200mm。

一种气囊式双曲率薄板零件保形装置的使用方法：

步骤一：确定支撑单元的数量及摆放位置

根据双曲率薄板零件尺寸的大小预先确定选用支撑单元的数量并通过支撑单元的连接底框1连接好，所述连接底框1的边长尺寸为200mm确保宽度800mm-1000mm时可支撑3-4点，较小时两点，较大时增加点，均可满足要求，以此大小，通过支撑单元将双曲率薄板零件的弯曲线形进行划分；

步骤二：依据支撑单元的理论高度进行调节；

确定好各个支撑单元的布置位置，将连接底框1和外螺纹调节支柱2通过下端的法兰固定连接，根据双曲率薄板零件的弯曲率确定各个支撑单元理论的高度并进行调节，通过旋转内螺纹调节支柱3进行高度调节；

具体的，根据双曲率薄板零件的线形情况,单组外螺纹调节支柱2和内螺纹调节支柱3组成的支撑单元，在调节的高度不能满足要求时，在本组支撑单元的内螺纹调节支柱3法兰段上端再安装一组由外螺纹调节支柱2和内螺纹调节支柱3组成的支撑单元，扩大高度调节范围增加线形调整能力；通常500mm即可满足全部范围。需要指出的是，这里预先调节内螺纹调节支柱3的高度是末位置的支撑单元总高度减去连接底框1、气囊座4、气囊5高度后的高度，气囊高度按照理论高度计算。

步骤三：气囊5充气；

所有支撑单元气囊5按统一压力进行充气；根据对于每个板厚的零件的支撑时气囊5与零件接触面最合适状态时压力进行充气，合适状态指应使气囊5与零件板面有面接触支撑，避免点接触支撑；所述气囊5的规格的选择需要依据薄板零件的板厚支撑点的布置进行选择，具体为板厚和支撑面积结合材料密度算出重量，结合估算的接触面积，确定气囊5压力的选择和打压；薄板零件板厚一般在4-20mm不等，气囊5承压能力应适应最大压力值，实际打压时适当控制压力范围，确保适当的支撑即可；

步骤四：安装气囊5；

调整好气囊5后，将气囊5插装在气囊座4上，后续根据具体状况，可通过气囊座4底部的长方形开孔4.1接气或放气，微调气囊5的状态，以更好的贴合被支撑零件；

步骤五：试吊调整支撑单元横纵位置；

装置组装完成后，先进行试吊，将薄板零件工装吊运放置于预先准备的位置，落放虚接触状态下检查位置是否合适，调整支撑单元的横纵位置，横向位置不合适直接调整横向位置，纵向位置不合适，首先微调整内螺纹调节支柱3高度，再根据实际情况，适当调整气囊充气情况；全部调整完成后，再次吊运工件，试吊无问题，正式落放。

应用本发明到大尺寸双曲率薄板零件的加工后的检验以及转配过程中，能够有效地减小变形，保证双曲率薄板零件的线性精度。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述装置由若干支撑单元紧凑拼接组成；

所述支撑单元包括连接底框（1）、外螺纹调节支柱（2）、内螺纹调节支柱（3）、气囊座（4）及气囊（5）；所述外螺纹调节支柱（2）坐落在所述连接底框（1）内并与连接底框（1）固定连接，所述外螺纹调节支柱（2）的外侧活动套装有所述内螺纹调节支柱（3），所述内螺纹调节支柱（3）上部设有所述气囊座（4），所述气囊座（4）内装配有气囊（5），所述气囊（5）为双曲率薄板零件提供柔性支撑；

所述支撑单元依据双曲率薄板零件的尺寸调整支撑单元数量，并依据双曲率薄板零件的曲率调节支撑单元的高度，能够满足双曲率薄板零件的支撑保形需求；

应用一种气囊式双曲率薄板零件保形装置的方法，包括如下步骤：

步骤一：确定支撑单元的数量及摆放位置；

根据双曲率薄板零件尺寸的大小，预先确定选用支撑单元的数量，并通过支撑单元的连接底框（1）连接好，通过支撑单元将双曲率薄板零件的弯曲线形进行划分；

步骤二：依据支撑单元的理论高度进行调节；

确定好各个支撑单元的布置位置，将连接底框（1）和外螺纹调节支柱（2）通过下端的法兰固定连接，根据双曲率薄板零件的弯曲率确定各个支撑单元理论的高度并进行调节，通过旋转内螺纹调节支柱（3）进行高度调节；

根据双曲率薄板零件的线形情况，单组外螺纹调节支柱（2）和内螺纹调节支柱（3）组成的支撑单元，在调节的高度不能满足要求时，在本组支撑单元的内螺纹调节支柱（3）法兰段上端再安装一组由外螺纹调节支柱（2）和内螺纹调节支柱（3）组成的支撑单元，扩大高度调节范围增加线形调整能力；

步骤三：气囊（5）充气；

所有支撑单元的气囊（5）按统一压力进行充气；根据对于每个板厚的双曲率薄板零件的支撑时气囊（5）与双曲率薄板零件接触面最合适状态时压力进行充气，合适状态指应使气囊（5）与双曲率薄板零件板面有面接触支撑，避免点接触支撑；所述气囊（5）的规格的选择依据双曲率薄板零件的板厚支撑点的布置进行选择；

根据板厚和支撑面积结合材料密度算出重量，结合接触面积，确定气囊（5）压力的选择和打压；双曲率薄板零件板厚一般在4-20mm，气囊（5）承压能力应适应最大压力值，实际打压时控制压力范围，确保支撑；

步骤四：安装气囊（5）；

调整好气囊（5）后，将气囊（5）插装在气囊座（4）上，后续根据具体状况，通过气囊座（4）底部的长方形开孔（4.1）接气或放气，微调气囊（5）的状态，以更好的贴合被支撑零件；

步骤五：试吊调整支撑单元横纵位置；

装置组装完成后，先进行试吊，将双曲率薄板零件工装吊运放置于预先准备的位置，落放虚接触状态下检查位置是否合适，调整支撑单元的横纵位置，横向位置不合适直接调整横向位置，纵向位置不合适，首先微调整内螺纹调节支柱（3）高度，再根据实际情况，适当调整气囊（5）充气情况；全部调整完成后，再次吊运双曲率薄板零件，试吊无问题，正式落放。

2.根据权利要求1所述的一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述连接底框（1）为上开盖的浅箱型结构，箱体四壁和箱底板上均开设有螺纹孔，所述四壁上螺纹孔用于与其他连接底框（1）连接，底板上螺纹孔用于与外螺纹调节支柱（2）的底端固定连接，作为支撑单元的底座。

3.根据权利要求1所述的一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述外螺纹调节支柱（2）为上端设有外螺纹下端设有法兰的柱形结构，下端利用法兰与所述连接底框（1）通过螺栓固定连接，上端活动连接有内螺纹调节支柱（3）。

4.根据权利要求3所述的一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述内螺纹调节支柱（3）为上端设有法兰、下端设有开口的筒型结构，筒型结构形成筒型体，所述筒型体内壁设有内螺纹；所述内螺纹调节支柱（3）与所述外螺纹调节支柱（2）利用内外螺纹结构连接，通过相对旋转可升降所述内螺纹调节支柱（3），从而调整内螺纹调节支柱（3）与外螺纹调节支柱（2）的整体高度，来适应不同线形的双曲率薄板零件的支撑需求；

所述筒型体上端的法兰连接安装有所述气囊座（4）。

5.根据权利要求4所述的一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述气囊座（4）为上端开口的筒形结构，筒形结构形成筒体，所述筒体内壁设有内螺纹，筒体底端设有法兰，贴近气囊座（4）的所述法兰的筒体底端开设有长方形的开孔（4.1）用于所述气囊（5）的充放气；所述筒体内壁位于开孔（4.1）上方对称设有两个四分之一圆的环状凸台（4.2），用于搁置所述气囊（5）。

6.根据权利要求1所述的一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述气囊（5）为圆柱形，用作与双曲率薄板零件的面接触并且提供柔性支撑。

7.根据权利要求4所述的一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述内螺纹调节支柱（3）上端可重复叠加外螺纹调节支柱（2）与内螺纹调节支柱（3）结构并通过法兰连接。

8.根据权利要求1所述的一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述外螺纹调节支柱（2）与所述内螺纹调节支柱（3）的高度均为400mm，最大可调节高度为300mm以确保能够有效连接，所述外螺纹调节支柱（2）与所述内螺纹调节支柱（3）整体高度的范围为400mm-700mm。

9.根据权利要求1所述的一种气囊式双曲率薄板零件保形装置，其特征是：

所述连接底框（1）的边长尺寸为200mm。

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