曲面钢板成形方法和曲面钢板成形设备的制作方法
【专利摘要】本发明适用于曲面钢板生产【技术领域】，公开了一种曲面钢板成形方法和曲面钢板成形设备。曲面钢板成形方法包括以下步骤，设计曲面钢板的三维模型和展开至平面状态时的初始钢板形状和尺寸，于钢板一面设置支撑吸附平台部件，于钢板的另一面设置冲头，冲头根据曲面钢板的截面轮廓形状确定冲头的位置和下压量，并对钢板实施下压动作。曲面钢板成形设备，采用上述的曲面钢板成形方法。本发明所提供的曲面钢板成形方法和曲面钢板成形设备，可对船体复杂曲面等复杂曲面钢板进行渐进成形加工，简化了流程、可自动化成形，大幅提高生产效率，有效减少对工人经验的依赖，生产过程无尘无烟雾，不产生废气废水，绿色环保，同时大大降低工人的劳动强度。
【专利说明】曲面钢板成形方法和曲面钢板成形设备
【技术领域】
[0001]本发明属于曲面钢板生产【技术领域】，尤其涉及一种可用于制备多曲率弯板的曲面钢板成形方法和曲面钢板成形设备。
【背景技术】
[0002]船舶工业是为水上交通、海洋开发及国防建设提供技术装备的战略性产业，是先进装备制造业的重要组成部分。船舶工业在国民经济中地位非常显著，被誉为“综合工业之冠”，一艘大船就像一个小镇。据统计，在国民经济116个产业部门中，船舶工业与其中的97个产业有直接联系，关联面达84%。2013年，全国造船完工量4534万载重吨(数据来源:中国产业信息网)与2012年相比，同比下降24.7%，造船完工量、新承接船舶订单量、手持船舶订单量，三大指标分别占世界市场份额的41.4 %、47.9 %、45.3 %，继续居世界首位。我国总造船产能虽然世界领先，但在高端船舶装备研发和制造方面，与世界造船强国日本和韩国还有相当大的差距，目前我国的船舶生产设备和技术能力与世界先进水平相比，还存在一定的差距，严重制约着我国船舶工业的发展。
[0003]船体外板的加工是船舶制造的关键环节之一。各种船舶的外表面大都是复杂的、不可展的空间曲面，从外观上看是流线形的。这是因为船体为了能够获得足够的支持自重和载重量的浮力，船身既要保持水线下面有一定的容积，又要保证船舶航行的经济性。流线形的曲面是使船舶具有良好的推进性能和最小阻力的三维曲面。这种流线形的曲面由三种板材焊接而成:直板、单曲率弯板和复杂的多曲率弯板。
[0004]单曲率弯板基本都是由船用卷板机完成，国内的许多企业已经突破并完全掌握了国际领先技术的船用卷板机技术。然而，对于复杂的多曲率弯板。国内几乎所有的企业都采用水火弯板法，这种工艺方法都是由熟练工人凭借长期积累的经验手工完成，严重依赖于老工人的操作经验，自动化程度低下，精度差，更谈不上效率。
[0005]在实际生产中，水火弯板是由熟练的技术工人凭长期积累的经验现场确定加工参数并由手工完成作业。这种经验性的手工加工模式不可避免的存在着不足:首先经验的获得需要长期的积累，普通工人难以在短时期内掌握这项技术；水火弯板加工工人的技工培训不易，水平也参差不齐。其次由于水火弯板作业工人直接接触火焰和水蒸气，劳动环境恶劣，劳动强度大，青年工人大多也不愿从事这一工种，随着老工人的逐步退休，有经验的加工工人日渐匾乏，这种工艺存在断层的危险。同时，水火弯板作业工人长期直接接触火焰和水蒸气，劳动环境恶劣，劳动强度大。另外，钢板一次成形率较低，还需要手工用样板做成形质量检测，不断的进行二次或多次加工对钢板形状进行修正，不仅加长了生产时间，还不可避免的存在钢板加工质量波动较大的问题，难以实现精度控制。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种曲面钢板成形方法和曲面钢板成形设备，可用于复杂的船舶曲面钢板的成形等，其成形效果好、成形效率高、成形自动化程度高。
[0007]本发明的技术方案是:一种曲面钢板成形方法，包括以下步骤，设计曲面钢板的三维模型，根据所述三维模型获取所述曲面钢板展开至平面状态时的初始钢板形状和尺寸，并根据所述三维模型分析曲面钢板的截面轮廓形状；根据初始钢板形状和尺寸制备钢板；于所述钢板一面设置支撑吸附平台部件，于所述钢板的另一面设置冲头，所述冲头根据所述曲面钢板的截面轮廓形状确定冲头的位置和下压量，并对所述钢板实施下压动作，迫使钢板产生塑性变形并获得所需形状的曲面钢板。
[0008]可选地，所述支撑吸附平台部件包括多个矩阵排列的支撑吸附装置，每个所述支撑吸附装置包括用于吸附所述钢板的吸附盘和可以驱动所述吸附盘上下运动的驱动件，所述吸附盘与所述驱动件之间通过活动关节连接件连接。
[0009]可选地，所述吸附盘由所述驱动件带动并随着板材的变形程度而上下运动，所述冲头根据曲面钢板的截面轮廓形状移动到钢板上方，并按照曲面钢板的截面轮廓形状设定的进给量及位置进行加工。
[0010]可选地，所述冲头和所述支撑吸附装置同时运动，所述冲头下压时，外侧的两组支撑吸附装置保持不动，中间的支撑吸附装置由驱动件提供背压，使吸附盘随着钢板的变形向下移动。
[0011]可选地，所述冲头和所述支撑吸附装置同时运动，所述冲头下压时，外侧的两组支撑吸附装置由驱动件驱动而向上运动，中间的支撑吸附装置由驱动件提供背压而向下运动。
[0012]可选地，各支撑吸附装置的吸附盘的相对位置在冲头下压之前调整好，且调整好后支撑吸附装置的吸附盘保持固定不动，然后冲头再下压使钢板至吸附盘所在位置。
[0013]可选地，对钢板进行局部变形修正时，各支撑吸附装置的吸附盘的相对位置在冲头下压之前调整好，增设至少两个分设于所述冲头两侧的辅助冲头，所述辅助冲头和所述支撑吸附装置提供压边力，中间的冲头向下移动并冲压钢板。
[0014]本发明还提供了一种曲面钢板成形设备，采用上述的曲面钢板成形方法，所述曲面钢板成形设备包括冲头和支撑吸附平台部件，所述支撑吸附平台部件包括多个矩阵排列的支撑吸附装置，每个所述支撑吸附装置包括用于吸附所述钢板的吸附盘和可以驱动所述吸附盘上下运动的驱动件，所述吸附盘与所述驱动件之间通过球关节连接件连接。
[0015]可选地，所述吸附盘为电磁吸附盘。
[0016]可选地，所述曲面钢板成形设备还包括至少两个分设于所述冲头两侧且用于提供压边力的辅助冲头。
[0017]本发明所提供的曲面钢板成形方法和曲面钢板成形设备，可对复杂曲面钢板进行渐进成形加工，克服目前的水火弯板法中所存在的依赖于经验、自动化程度低下、工作环境恶劣、效率低下等问题，具有简化流程、自动化成形，大幅提高生产效率等优点，还可以有效减少对工人经验的依赖，生产过程无尘无烟雾，不产生废气废水，绿色环保，同时大大降低工人的劳动强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本发明实施例提供的曲面钢板成形方法中初始钢板计算示意图；
[0020]图2是本发明实施例提供的曲面钢板成形方法中截面轮廓截面的分析和计算示意图；
[0021]图3是本发明实施例提供的曲面钢板成形方法中冲头位置规划示意图；
[0022]图4(a)是本发明实施例提供的曲面钢板成形方法中曲面钢板渐进成形原理示意图；
[0023]图4(b)是本发明实施例提供的曲面钢板成形方法中曲面钢板渐进成形原理示意图；
[0024]图4(c)是本发明实施例提供的曲面钢板成形方法中曲面钢板渐进成形原理示意图；
[0025]图5是本发明实施例提供的曲面钢板成形设备中支撑吸附平台部件的布置示意图；
[0026]图6(a)是本是本发明实施例提供的曲面钢板成形设备中曲面钢板渐进成形示例动作一、二 ；
[0027]图6(b)是本是本发明实施例提供的曲面钢板成形设备中曲面钢板渐进成形示例动作三；
[0028]图6(c)是本是本发明实施例提供的曲面钢板成形设备中曲面钢板渐进成形示例动作四。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0031]还需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
[0032]如图1?图6(c)所示，本发明实施例提供的一种曲面钢板成形方法，可以用于大型船舶、飞机、大型金属容器制造、海上油气开发平台的大型支脚的制造、大型钢结构制造等。上述曲面钢板成形方法包括以下步骤，设计曲面钢板的三维模型11，曲面钢板的三维模型11可以根据产品的需求进行设置。根据所述三维模型11获取所述曲面钢板展开至平面状态时的初始钢板12形状和尺寸，以便于备料。并根据所述三维模型11分析曲面钢板的截面轮廓形状(参考图2所示为某曲面钢板的截面轮廓形状)，以便于确定冲头I冲压的位置和冲压的进给量、进给率；根据初始钢板12形状和尺寸制备钢板，具体应用中，可以通过电火花线切割等方式制备钢板，钢板在初始状态下为平面状；于所述钢板一面设置支撑吸附平台部件，以提供支撑。于所述钢板的另一面设置冲头1，所述冲头I根据所述曲面钢板的截面轮廓形状确定冲头I的位置和下压量，并对所述钢板实施下压动作，迫使钢板产生塑性变形并获得所需形状的曲面钢板，通过在设定的方位进行设定量的下压进给并不断重复该过程，使平面状的钢板最终成型为与设定的三维模型11 一致的成品。通过这样的设计，不仅可以成形单曲率钢板，也可以方便、快速、高效、精确地对多曲率钢板成形，无需依赖老工人的操作经验，自动化程度高，精度高、效率高，大幅改善了曲面钢板的成形效果，可以大幅提闻曲面钢板的广能。
[0033]具体地，所述支撑吸附平台部件包括多个矩阵排列的支撑吸附装置30，每个所述支撑吸附装置30包括用于吸附所述钢板的吸附盘3和可以驱动所述吸附盘3上下运动的驱动件5，所述吸附盘3与所述驱动件5之间通过活动关节连接件4连接。活动关节连接件4可为球关节连接器等。这样，可以有效地承托钢板，且可以根据钢板的成形过程上下调整，在整个成形过程中可以对钢板进行良好、精确的定位，每一步的成形过程均可以保证精度和可靠性。
[0034]具体地，所述吸附盘3由所述驱动件5带动并随着板材的变形程度而上下运动，所述冲头I根据曲面钢板的截面轮廓形状移动到路径规划好的钢板上方，并按照曲面钢板的截面轮廓形状设定的进给量及位置进行加工。驱动件5可为液压缸等。
[0035]具体地，如图6(a)所示，所述冲头I和所述支撑吸附装置30同时运动，所述冲头I下压时，外侧的两组支撑吸附装置30保持不动，中间的支撑吸附装置30由驱动件5提供背压，使吸附盘3随着钢板的变形向下移动，这样，相应的吸附盘3可以通过吸附钢板并拉动钢板向下运动，不同位置的吸附盘3，其向下运动的位移量和速率可以不同，冲头I可设置有一个或至少两个，其结合吸附盘3 —起对钢板进行成形，成形效果好、效率高。
[0036]或者，如图6(a)所示，所述冲头I和所述支撑吸附装置30同时运动，所述冲头I下压时，外侧的两组支撑吸附装置30由驱动件5驱动而向上运动，中间的支撑吸附装置30由驱动件5提供背压而向下运动，以使钢板以预定的形状成形。
[0037]具体地，如图6(b)所示，各支撑吸附装置30的吸附盘3的相对位置在冲头I下压之前调整好，且调整好后支撑吸附装置30的吸附盘3保持固定不动，然后冲头I再下压使钢板至吸附盘3所在位置。
[0038]具体应用中，如图6(c)所示，对钢板进行局部变形修正时，各支撑吸附装置30的吸附盘3的相对位置在冲头I下压之前调整好，增设至少两个分设于所述冲头I两侧的辅助冲头10，所述辅助冲头10和所述支撑吸附装置30提供压边力，中间的冲头I向下移动并冲压钢板12，以进行局部的变形调整，而不会导致其它区域变形。
[0039]如图1至图6(a)所示，本发明实施例还提供了一种曲面钢板成形设备，采用上述的曲面钢板成形方法，所述曲面钢板成形设备包括冲头I和支撑吸附平台部件，冲头I和支撑吸附平台部件分设于钢板12的两侧，具体应用中，冲头I可位于钢板上方，支撑吸附平台部件可位于钢板下方，所述支撑吸附平台部件包括多个矩阵排列的支撑吸附装置30，每个所述支撑吸附装置30包括用于吸附所述钢板的吸附盘3和可以驱动所述吸附盘3上下运动的驱动件5，所述吸附盘3与所述驱动件5之间通过球关节连接件连接。支撑吸附平台部件中各吸附盘3的高度可分别独立调节，其除了起到吸附固定的作用，还可以起到支撑的作用。具体应用中，首先使钢材(初始钢板12形状和尺寸)被吸附盘3 (电磁吸附盘)吸附固定住置于支撑吸附平台上，其中吸附盘3可为电磁吸附盘，其通过球关节与驱动件5(液压缸)连接；加工时，冲头I先移动到指定位置，并按照数控系统给定的进给量，对这一区域的钢材施行渐进弯曲和塑性加工，由于电磁吸附盘是通过球关节与液压缸连接的，因此电磁吸附盘以及其吸附的板材可在一定范围内根据板材的变形情况而自由转动；另一方面，支撑吸附平台由液压缸带动，可以随着板材的变形程度而上下运动；然后，冲头I再移动到路径规划好的板材其他位置，并按照数控系统给定的进给量及位置进行加工，如此重复直到整个工件成形完毕。
[0040]支撑吸附装置30根据所需成形的钢板(船板)尺寸和形状特点沿X、Y方向布置多个支撑吸附装置30，图5所示为一个5*4的矩阵布置示意图。在整个成形过程中，每个支撑吸附装置30根据各自所在位置板材加工深度和所需变形力的不同，由液压系统自动调整其高度和提供需要的支撑力，使得钢板变形成所需形状。具体地，所述曲面钢板成形设备还包括至少两个分设于所述冲头I两侧且用于提供压边力的辅助冲头10，以进行局部的变形调整，而不会导致其它区域变形。
[0041]本实施例中，简要列举了在加工板材的过程中支撑吸附平台部件所提供的几种动作，如图6(a)至图6(c)所示。
[0042]示例动作一:
[0043]如图6(a)所示，冲头I和支撑吸附装置30同时运动。冲头I下压时，外侧两组支撑吸附装置30固定保持不动。而中间两组支撑吸附装置30由液压缸提供制定的背压，并随着板材的变形而缓慢向下移动。
[0044]示例动作二:
[0045]如图6(a)所示，冲头I和支撑吸附装置30同时运动。中间的冲头I下压的过程中，外侧两组支撑吸附装置30同时向上运动(给定位移和相对速度大小)，而中间两组支撑吸附装置30随着钢板向下运动(给定背压)。
[0046]示例动作三:
[0047]如图6(b)所示，各支撑吸附装置30上的吸附盘3的相对位置提前调整好，并保持固定不动。然后冲头I再下压钢板至吸附盘3所在位置。
[0048]示例动作四:
[0049]如图6(c)所示，局部变形修正时，增设两个辅助冲头10，并保持不动只提供一定的压边力，该辅助冲头10可位于相应支撑吸附装置30的正上方，以从两侧分别压紧钢板。位于中间的冲头I向下移动，此时，各支撑吸附装置30的吸附盘3的相对位置可提前调整好，并保持固定不动，以进行局部的变形调整，而不会导致其它区域变形。
[0050]本发明实施例所提供的曲面钢板成形方法和曲面钢板成形设备，可对复杂曲面钢板进行渐进成形加工，克服目前的水火弯板法中所存在的依赖于经验、自动化程度低下、工作环境恶劣、效率低下等问题，具有简化流程、自动化成形，大幅提高生产效率等优点，还可以有效减少对工人经验的依赖，生产过程无尘无烟雾，不产生废气废水，绿色环保，同时大大降低工人的劳动强度。
[0051]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种曲面钢板成形方法，其特征在于，包括以下步骤，设计曲面钢板的三维模型，根据所述三维模型获取所述曲面钢板展开至平面状态时的初始钢板形状和尺寸，并根据所述三维模型分析曲面钢板的截面轮廓形状；根据初始钢板形状和尺寸制备钢板；于所述钢板一面设置支撑吸附平台部件，于所述钢板的另一面设置冲头，所述冲头根据所述曲面钢板的截面轮廓形状确定冲头的位置和下压量，并对所述钢板实施下压动作，迫使钢板产生塑性变形并获得所需形状的曲面钢板。
2.如权利要求1所述的曲面钢板成形方法，其特征在于，所述支撑吸附平台部件包括多个矩阵排列的支撑吸附装置，每个所述支撑吸附装置包括用于吸附所述钢板的吸附盘和可以驱动所述吸附盘上下运动的驱动件，所述吸附盘与所述驱动件之间通过活动关节连接件连接。
3.如权利要求2所述的曲面钢板成形方法，其特征在于，所述吸附盘由所述驱动件带动并随着板材的变形程度而上下运动，所述冲头根据曲面钢板的截面轮廓形状移动到钢板上方，并按照曲面钢板的截面轮廓形状设定的进给量及位置进行加工。
4.如权利要求2所述的曲面钢板成形方法，其特征在于，所述冲头和所述支撑吸附装置同时运动，所述冲头下压时，外侧的两组支撑吸附装置保持不动，中间的支撑吸附装置由驱动件提供背压，使吸附盘随着钢板的变形向下移动。
5.如权利要求2所述的曲面钢板成形方法，其特征在于，所述冲头和所述支撑吸附装置同时运动，所述冲头下压时，外侧的两组支撑吸附装置由驱动件驱动而向上运动，中间的支撑吸附装置由驱动件提供背压而向下运动。
6.如权利要求2所述的曲面钢板成形方法，其特征在于，各支撑吸附装置的吸附盘的相对位置在冲头下压之前调整好，且调整好后支撑吸附装置的吸附盘保持固定不动，然后冲头再下压使钢板至吸附盘所在位置。
7.如权利要求2所述的曲面钢板成形方法，其特征在于，对钢板进行局部变形修正时，各支撑吸附装置的吸附盘的相对位置在冲头下压之前调整好，增设至少两个分设于所述冲头两侧的辅助冲头，所述辅助冲头和所述支撑吸附装置提供压边力，中间的冲头向下移动并冲压钢板。
8.一种曲面钢板成形设备，其特征在于，采用如权利要求1至7中任一项所述的曲面钢板成形方法，所述曲面钢板成形设备包括冲头和支撑吸附平台部件，所述支撑吸附平台部件包括多个矩阵排列的支撑吸附装置，每个所述支撑吸附装置包括用于吸附所述钢板的吸附盘和可以驱动所述吸附盘上下运动的驱动件，所述吸附盘与所述驱动件之间通过球关节连接件连接。
9.如权利要求8所述的曲面钢板成形设备，其特征在于，所述吸附盘为电磁吸附盘。
10.如权利要求8或9所述的曲面钢板成形设备，其特征在于，所述曲面钢板成形设备还包括至少两个分设于所述冲头两侧且用于提供压边力的辅助冲头。
【文档编号】B21D22/02GK104307952SQ201410409015
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年8月19日 优先权日:2014年8月19日
【发明者】何凯, 李赳华, 左启阳, 党晓兵, 王澎涛, 魏树国, 杜如虚 申请人:深圳先进技术研究院