船舶建造工艺板材成形加工

船舶建造工艺课件板材成形加工2023/6/24船舶建造工艺课件第一页，共六十二页，编辑于2023年，星期五一、钢板构件的冷弯加工1.简单曲度板的冷弯成形具有圆柱形或圆锥形的单向曲度板称为简单曲度板简单曲度板可用三辊弯板机加工成形第二页，共六十二页，编辑于2023年，星期五普通三辊弯板机的结构

下轴辊是主动辊，安装在固定轴承内由电动机通过减速器带动其旋转上轴辊是从动辊，安装在可上下调节的轴承内小型三辊弯板机由人力调节，大型的由电动机通过机械传动实现第三页，共六十二页，编辑于2023年，星期五三辊弯板机的类型三辊弯板机分开式和闭式两类开式三辊弯板机上轴辊的一端机架可以拆卸，能够取出弯制好的封闭式整圆柱形构件第四页，共六十二页，编辑于2023年，星期五普通三辊弯板机的问题除上轴辊做上下调节外，不能做其他调节，这使其弯板功能受到很大限制如在弯制圆柱形或圆锥形板件时，板的边缘有一段无法进行辊压只好采用加垫块先辊弯好板边部分或先用液压机压好板边部分为解决上述不足和缺陷，可采用几种新型的辊式弯板机第五页，共六十二页，编辑于2023年，星期五三根轴辊可上下升降调节弯板机的下轴辊不仅可以驱动，还可以单独或一起进行升降调节工艺性好，操作方便，适宜简单曲度板的加工这种弯板机弯制构件边缘部分的过程如图示第六页，共六十二页，编辑于2023年，星期五轴辊可做横向调节利用轴辊的横向移动，缩小作用力间距进行板边成形,有两种类型

上辊可横向移动的开式三辊弯板机下辊可横向移动的闭式三辊弯板机开式弯板机可以用来弯制封闭形筒体或锥体闭式三辊弯板机分别调节两根下轴辊的横向位置，弯制出构件边缘部分的曲度第七页，共六十二页，编辑于2023年，星期五开式三辊弯板机弯制过程上轴辊作横向移动并进行升降调节，弯制边缘部分，再弯制成封闭的筒体第八页，共六十二页，编辑于2023年，星期五四辊弯板机

轴辊1和2为主动轴，轴辊3和4从动辊轴辊1安装在固定的轴承内其余三根轴辊被分别安装在可作升降调节的轴承内第九页，共六十二页，编辑于2023年，星期五四辊弯板机的弯板方式

将要弯曲的钢板夹在轴辊1和2之间通过对轴辊3和4作升降调节，将钢板弯制成构件所要求的弯曲程度第十页，共六十二页，编辑于2023年，星期五可做矫平用的四辊弯板机

在三辊弯板机的上辊旁增加一根可上下调节的矫平辊当矫平辊在上轴辊旁的正常位置时，弯板机用来矫平钢板当矫平辊调节到下轴旁边时，则可用来弯板第十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期五可做折边用的四辊弯板机

有些三辊弯板机的上轴辊通过液压传动进行升降调节只要在上下轴辊之间安装合适的压模，即可用来进行钢板的折边第十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期五弯板机弯制圆柱形钢板在钢板的两边和中央划出圆柱的素线(平行直线)调节各轴辊，使其轴线互相平行使钢板上的素线平行地对准下轴辊的纵向槽先弯出边缘部分的曲度，再将中间部分逐渐弯曲成形在弯制过程中，应注意钢板上所划的素线与下轴辊纵向槽是否保持平行用样板检查钢板弯制的曲度，以便调节上轴辊的升降直至弯曲成形与样板型线相符合为止第十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期五弯板机弯制锥形钢板锥形板两端曲率不同，在钢板上事先画出的素线是不平行的弯制锥形板要保持其素线与上轴辊平行才能准确的弯制成形必须采取一定的工艺措施上辊相对下辊呈倾斜状态，曲率大的板处上、下辊间距小于另一端将锥形板做3~5等分，分区进行辊弯。每一分区的中心线(也是一根素线)应与上辊平行第十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期五锥形板三等分分区辊弯示意图

各分区变形面之间有一定的重叠(图中阴影部分)，使锥形板的小曲率端呈均匀的弧形第十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期五2.复杂曲度板的冷弯加工具有双向曲度和多向曲度的板称为复杂曲度板冷弯成形设备主要是液压机万能弯板机弯制复杂曲度板，要求操作技术高度熟练，成形质量不易控制，劳动强度大，使用不广泛对于双向曲度不大的构件，也可在三辊弯板机上进行冷弯主要介绍液压机弯板中的有关问题第十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期五液压机的分类根据使用的液体介质不同，液压机可分为油压机和水压机两类油压机的压力由油泵产生，一般没有蓄压装置，所以结构轻巧简单水压机一般都带有蓄压装置，能产生很大的压力，但机构庞大复杂如果油压机的工作压力能满足加工要求，则采用油压机较为经济第十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期五常用液压机的工作压力液压机利用液体的不可压缩性并能传递等压强的特点，通过一定的机构产生出巨大的工作压力常用液压机的工作压力中小型船厂：(200~400)×104N大型船厂：(800~1200)×104N有的高达3000×104N第十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期五液压机的结构形式悬臂式和框式两种结构形式悬臂式液压机的工作面三面敞开，操作方便，但工作压力受到限制框式液压机的工作空间受到一定限制，但结构支承好受力大，因此大功率液压机多采用框式结构还有一种在框式液压机基础上研制成的可移动压头压力机，压头和工件台能根据要求进行横移和回转第十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期五压模的形式利用液压机弯制复杂曲度板时，必须在压头上装设压模压模的形式和精度是影响构件成形加工质量的关键之一第二十页，共六十二页，编辑于2023年，星期五通用压模的应用为解决船体构件的形状复杂，尺寸不一的问题，压模经常被设计成长度为800~1500mm左右的通用压模通用压模弯板一般只能弯曲一个方向的曲度(如横向曲度)其他方向的曲度(如纵向曲度)可用水火弯板法弯制使用短压模能弯制各种曲度的钢板第二十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期五压模使用的注意(1)用压模压制板材前，要先进行空载试压，以检查上、下压模的对位情况及压模安装的牢固程度对于较长的板材，需分成数段加压，且相邻两加压段应重叠30~50mm用通用压模进行较长板材的折边，还应注意每次折角角度不能太大，否则容易产生裂缝第二十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期五压模使用的注意(2)在液压机上使用通用压模弯制钢板构件时，应校核机床的工作压力能否满足要求同时，还要按板材的厚度选定下模的支点距离具体的计算和处理方法，可参考《船体工艺手册》的相关部分第二十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期五专用压模的应用在产品批量较大时，则应制造专用压模专用压模能保证构件成形质量，简化操作，提高加工速度在批量生产时经济上也比较合理第二十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期五板材冷弯加工线影响板冷弯质量的另一个重要因素在冷弯之前已经划在号料的板材上由于加工设备的构件形状各不相同，加工线的形式、分布也不相同加工线的绘制应根据加工设备和构件的形状来确定弯曲单向曲度板时，其加工线都是展开后的素线第二十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期五三角样板确定冷弯加工线一般船体外板，可用三角样板确定其冷弯加工线将板材首、尾两块三角样板拼拢使准线、准线与样板曲边的交点a重合使重合在一起的两块三角样板与平面相切，标出切点B和C第二十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期五曲线长度t和s的确定在首端三角样板上量取B点与上缝间的曲线长度t量取C点与下缝线间曲线长度s将曲线长度t和s转驳到板材展开形状首尾端肋骨线的相应位置上得点第二十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期五板材冷弯加工线的确定

连线即为钢板上的冷弯加工线(辊轧线)辊轧线是横向曲率辊弯加工的基准线在平板上，把各样板向下平移使其与基面(平板)相切所有样板的切点连线即为辊轧线一般这样的连线是一条曲线第二十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期五液压机的应用液压机不仅可以压弯各种不同曲形得船体构件而且还可以进行板材得折边、压角、预弯与矫平工作它是船体加工车间得主要设备应该为其配置专用吊运装置和工件移动、定位、送料及落料得辅助装置，实现辅助作业机械化第二十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期五3.数控弯板简介弯板工作与其他工序相比，生产效率仍然很低应用数控技术进行弯板，会大幅度提高弯板工作效率，减轻劳动强度而且会提高弯板精度，减少装配和矫正工作量同其他数控加工装置一起使用，可以实现船体加工车间综合机械化、自动化，提高综合生产能力第三十页，共六十二页，编辑于2023年，星期五数控弯板的研究数控弯板样机中，最典型的是多压头式(或多柱塞式)数控弯板机弯板前，数控程序自动调节下模(或上模)各压头高度形成与构件形状相同的曲面(考虑回弹在内)第三十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期五日制多压头式数控弯板机

主要由弯板机机体、辅助装置及数控三部分组成采用分段加压方式弯曲板材第三十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期五日制弯板机的机体构成弯板机机体由机座及上、下模构成，机座面积为4×4m2下模是数控驱动的螺旋调节式压头，共15×15＝225个，间距为250mm上模压头数与下模一一对应上模各油压压头能单独动作，整个上机座也能通过螺旋轴作上下移动该机总共约能产生147.105×103N×225≈33098.625×103N的压力第三十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期五日制弯板机的辅助装置弯板机辅助装置主要包括工件输送装置、定位装置、支承装置和曲面测量装置为了测量加压后的回弹量，配置了自行门式曲面测量装置由于225个螺旋压头必须在很短的时间内进行数控调节，所以该机的数控装置采用分时控制系统第三十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期五二、水火弯板沿预定的加热线用火焰烘炬对板材进行局部线状加热，并用水进行跟踪冷却(或让其自然冷却)冷热作用使板产生局部塑性变形，从而将板弯成所要求的曲面形状也称为线状加热法目前是大多数船厂弯制复杂曲度板和船体内部大型构件的主要方法第三十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期五1.水火弯板的基本原理船体双向曲度外板大都是帆形板和鞍形板这两种板的成形都是先用冷弯设备按辊轧线加工出横向曲度(因其曲率较大)，然后用水火弯板法弯出纵向曲度加热过程是在横向曲度板的两个板边或板中部进行多道直线加热每加热一道火焰有四种变形第三十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期五加热火焰的四种变形横向收缩变形——沿加热线垂直方向的收缩，起到了板的纵向方向上的缩短作用纵向收缩变形——平行加热线，变形量最小不影响横曲度角变形——沿板厚方向，由于温度梯度引起的变形，对的板光顺有很大影响纵向弯曲变形——每道加热线的横向收缩引起的板纵向弯曲，对中和轴的力矩越大，弯曲变形越大第三十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期五水火弯板的变形过程板厚为t火焰加热宽度为b由于加热火焰移动速度较快在加热处构件的厚度方向上存在较大的温差加热面的温度高于背面温度第三十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期五垂直于加热线的剖面

沿板厚将加热剖面分为两个区域加热区Ⅰ厚度为加热深度a背面区Ⅱ厚度为t-a加热前板材温度为θ0热源通过时，Ⅰ区温度升到θⅠ，Ⅱ区温度升到θⅡ，显然θⅠ≥θⅡ第三十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期五热膨胀的结果Ⅰ区应伸长到点划线位置Ⅱ区应伸长到实线位置由于热场的局部性，受热金属的膨胀受到周围较冷金属的限制Ⅰ、Ⅱ两区的伸长相同，因而加热区Ⅰ内产生压缩塑性变形第四十页，共六十二页，编辑于2023年，星期五热源过后板内温度降到θ0温度降低后Ⅰ、Ⅱ两区应恢复原有长度b，回到虚线位置由于加热时，Ⅰ区的伸长受到限制已发生了塑性变形因而冷却后宽度变小而由收缩到图示点划线位置的趋势第四十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期五收缩变形的形成在Ⅱ区内的收缩量没有Ⅰ区大最后一起收缩到的实线位置同时，在Ⅰ区内产生拉应力бⅠ在Ⅱ区内产生压应力－бⅡ第四十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期五拉、压应力的结果作用于整个加热宽度b内相当于作用于平板上的外加弯矩使板产生图示的弯曲变形其曲率半径为ρ角变形为α第四十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期五线状加热的结果实际弯板时，板内温度分布在时间上和空间上都是连续变化的，必然导致整个变化也是连续变化的图中Ⅰ、Ⅱ两个区域的温度、应力和变形都是该区域内的平均值所取的四个阶段也是加热—冷却过程中的典型阶段但通过分析可知，对板材进行线状加热会使其产生横向收缩变形和角变形第四十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期五收缩变形的原因横向收缩变形在于受热金属的膨胀受到周围较冷金属的限制，因而产生压缩塑性变形，冷却时即产生收缩变形角变形则是由于最终的横向收缩变形沿构件厚度方向不等所引起的水火弯板就是利用板材在局部加热—冷却过程中会产生角变形和横向收缩变形的特点达到成形加工的目的用水跟踪冷却的目的在于加大这种变形，增加成形效果第四十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期五2.各种工艺因素对成形效果

的影响(1)加热线成形效果的影响水火弯板时，加热线的位置、间距、长短、加热线宽度和数量(施加给板的总能量)对板材成形效果影响极大加热线的位置直接关系到板材能否正确成形第四十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期五加热线位置的影响对一块板在不同的位置上进行线状加热，成形形状会完全不同确定加热线位置是水火弯板的关键加热线位置取决于构件的形状展开时哪部分伸长，加工时应收缩回去帆形板和鞍形板都是用水火弯板法弯出纵向曲度，但加热线位置不同第四十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期五帆形板和鞍形板加热线位置图示第四十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期五帆形板的加热线位置帆形板的纵向曲度方向与横向曲度方向一致，即都朝板的一面弯曲加热线位于板横剖面的两侧弯曲时采用水火收边的方法，加热板的凹曲内面依靠横向收缩变形及角变形(前者是主要的)使构件两侧纵边缩短而得到构件的纵向曲度第四十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期五鞍形板的加热线位置鞍形板的纵向曲度方向与横向曲度方向相反即横向朝板的一面弯曲，纵向朝板的另一面弯曲加热线位于板的横剖面的中部弯曲时应加热构件背面的中间部分，使中间部分纵向缩短而得到纵向曲度第五十页，共六十二页，编辑于2023年，星期五加热线间距和长度加热线的长度、疏密主要影响构件的成形效果一般而言，加热线愈密、愈长则产生的变形愈大，成形效果愈好因此，当要求的弯曲曲率较大时，加热线的布置可适当加密、加长应注意，不要使加热线的长度跨越加热线所在剖面的中和轴，否则会使成形效果恶化第五十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期五(2)冷却方式的影响加热线上处于冷却过程中的金属收缩变形，必然对正处在加热膨胀的金属产生一种附加塑性变形附加变形对提高成形效果很有利水火弯板冷却方式对这种附加变形有很大影响冷却方式有自然冷却、正面跟踪水冷和背面跟踪水冷三种形式第五十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期五自然冷却在火焰局部加热后，让构件在空气中冷却的方法，简称空冷优点是操作简单，缺点是成形速度慢、在产生角变形的同时产生不需要的纵向挠度空冷法中，冷却金属收缩产生的附加变形仅占最终变形的一小部分为提高成形效果，加强收缩附加变形的作用，因此产生了跟踪水冷的水火弯板工艺第五十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期五正面跟踪水冷法冷水喷射加快了正在冷却的金属的收缩强化对正在加热金属的压缩作用由于加热面被水强制冷却，温度急剧降低，甚至使正面温度低于背面温度，出现负温差，降低了角变形的效果第五十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期五正面跟踪水冷法的效果在附加变形的反作用力作用下，使正处在冷却过程中的金属受到附加拉伸作用而抵消部分收缩变形因此，这种方法的角变形效果一般不如空冷法好横向收缩变形比空冷法大成形加工所不需要的加热线纵向收缩变形不比空冷法小第五十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期五背面跟踪水冷法在构件的正面用烘炬加热，在构件的背面用冷水跟踪热源进行强制冷却的方法由于是背面强制冷却，因此，增大可板材正反面的温差比上述两种方法的角变形大，成形效率高第五十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期五三种冷却方法的角变形比较第五十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期五综上所述当加热参数在一定范围内变化

角变形效果