水火弯板工艺力学
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EH36船用钢水火弯板试验及分析潘正军;江泽新;马金军;陈华【摘要】水火弯板是船舶制造过程中非常重要的热加工工艺,作者针对EH36船用钢采用水火弯板工艺进行了相关试验,并对结果进行了分析.通过试验,分析得出加热温度、加热次数、钢板的碳当量及钢板供货状态对于水火弯板后力学性能的影响.【期刊名称】《造船技术》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P95-98)【关键词】水火弯板;船用钢板【作者】潘正军;江泽新;马金军;陈华【作者单位】广船国际有限公司,广东广州510250;广船国际有限公司,广东广州510250;广船国际有限公司,广东广州510250;广船国际有限公司,广东广州510250【正文语种】中文【中图分类】U671本公司在经营业务中承接了冰区加强型船,水线以上部分基本上都采用了Ep6级别钢。
对于带线型的外板大都需要应用水火弯板工艺进行加工,由于之前应用的钢板级别都低于Ep6,且考虑到本船特殊的航行区域,因此对Ep6钢板采用水火弯板后的性能需要进行验证,从而为钢板的选择提供试验依据。
由于Ep6钢目前主要有正火以及TMCP两种交货状态。
正火状态钢属于传统的钢板制造工艺,需要添加合金进行强化以及细化晶粒,其碳当量相对较高,组织以铁素体和珠光体为主,呈带状分布,如图1所示。
TMCP钢则通过加快轧制后的冷却速度,不仅抑制晶粒的长大,且获得了高强度、高韧性所需的超细铁素体组织或者贝氏体组织,如图2所示。
从理论上分析碳当量越高,淬硬倾向越明显,高温加热并且水冷后组织性能也越差。
为了扩大钢板选择范围,本次试验分别选择了三个大型钢厂生产的三种不同交货状态、不同化学成分的钢板,相关化学成分及交货状态如表1所示,力学性能如表2所示。
(1) 试验方法。
每种编号试板切割试块各三块,每块试板尺寸为200 mm×400 mm,钢板轧制方向与短边方向相同。
火焰加热方向与长边相同,加热位置集中在短边中心相连线两侧各25 mm,如图3所示。
可表示为:是加热斑点中心最大热流密度;r0是热源有是离加热斑点中心的距离;o为换热表面的图1高斯分布热流密度模型————————————陈焕杰(1983-),男,广东广州人,硕士研究生,从事机械工程设计与研发工作。
五轴联动机器人是指X轴、Y轴、Z轴、R X轴及X、Y、Z轴主要用于控制火焰枪头在三维坐标系内行走,R X、R Z轴则用于控制火焰枪头在沿焰道行走时垂直焰道,保证火焰枪头时刻垂直于钢板当前加热点处的切平面。
其中,X1、X2轴移动装置控制整台设备沿X轴方向移路轨端头要有各2个接近式限位开关,起安全保护作能精确定位和反馈坐标位置。
X1、X2轴电机实现电气消隙及全闭环补偿控制,做到双电机同步驱动,电机带刹车。
轴移动装置控制火焰枪头沿Y轴方向移动,头要有2个接近式限位开关,起安全保护作用,能精确定位和反馈坐标位置,电机带刹车。
3控制系统为使研制的高性能复杂曲面水火弯板工艺设备整体达到控制要求,广船国际与广东工业大学共同设计了一套工艺控制系统,包括检测系统、参数控制系统、运动控制系统。
检测系统主要通过对准备加工的钢板进行扫描并获取钢板的点云三维数据。
加工参数控制系统主要实现了将扫描获取到的点云数据进行预处理,再将这些数据与目标板数据进行匹配,进而形成加工数据,最后传送给运动控制整机安装后,完成系统运动调试。
其中,各轴的运动控制参数如下:图2高性能复杂曲面水火弯板工艺设备三维结构图3枪头结构图4三维模拟检查图5系统控制策略图6样箱检测五轴联动的高性能复杂曲面水火弯板工艺设备,以工艺控制系统,使得水火弯板工艺过程中,对加热火焰的姿态控制更加精准,加热火焰能够时刻垂直于钢板当前加热点处的切平面,从而达到了复杂曲面大曲率船体外板水火弯板工艺控制的基本技术要求,最终实现了高性能、高效率、高精度的复杂曲面水火弯板自动化加工。
第20卷 第8期 中 国 水 运 Vol.20 No.8 2020年 8月 China Water Transport August 2020收稿日期:2020-03-30作者简介:曹文馨(1986-),男,研发设计院,工程师,从事船体结构设计等工作。
船体曲面水火弯板加工工艺算法研究曹文馨,樊洪良,冉建华(研发设计院,上海 200136)摘 要:水火弯板是船舶曲面外板成型的主要工艺,可靠的成型预测方法是板件成形自动化系统研究的基础。
本文研究了水火弯板加工的机理及加工工艺参数确定的算法。
在建立并以实验验证了水火弯板的数值模拟模型的基础上,确定了火焰成形的温度场和变形场等主要影响参数,提出了温度场及变形场的描述方案,并通过计算得出了板的温度场及变形场与主要加工参数之间的关系,最后对给定帆形板典型船体结构曲面板的水火成型过程进行了热弹性有限元模拟并确定加工工艺参数算法。
关键词:水火弯板;数值模拟;加热路径;温度场;变形场中图分类号:U671.3 文献标识码:A 文章编号:1006-7973(2020)08-0050-03一、引言造船过程中有大量的船体曲面外板需要成型加工,对于较为复杂的给定型值的双曲率曲面板采用的是水火弯板进行加工。
水火弯板是一种曲面板成形的重要方法,该方法需预先布置加热线方案并采用火焰热源沿加热线加工并跟踪水冷的方式实现板件成形。
目前水火弯板的加工单纯是依靠人工和经验来确定加热线的位置和长度以及加热和冷却时间直至最终曲面的成形。
随着造船模式的转变,水火弯板自动加工设备的研制和应用日益成为一项急待解决的课题。
水火弯板自动加工设备是以水火弯板加工参数确定的理论为基础研制的。
加工参数的确定,是指对于一给定型值的双曲度船体外板,如何确定外板展开形状,加热线位置和长度,氧及丙烷的流量,喷嘴高度,加热温度,冷却方式及支撑形式等各种加工工艺参数。
只有在对以上各加工参数及最终变形之间的关系有了明确的认识之后,才能反过来根据这一关系确定,能够获得所需最终形状的加工参数。
水火弯板加工工艺
1.水火弯板工艺的基本原理:由于热场的局部性与沿板厚方向的温度梯度,使受热金属的膨胀受到周围冷金属的限制,而产生压缩塑性变形,在冷却时形成了横向变形的角变形,从而达到弯曲成形的目的。
水火弯曲具有生产效率高,成形质量好,设备简单等优点,90%以上得船体复杂曲度外板都进行水火弯板法。
2.水火弯板是一种热弯加工工艺,它是沿预定的加热线用氧乙炔烘炬对板材进行局部线状加热,并用水进行跟踪冷却,使板材局部塑性变形,从而达到所要求的形状方法,又称线状加热法(移动热源)
3.影响水火弯板成形效果的各种因素
1.加热线对成形的影响
加热线的位置,疏密和长短对板材成形效果影响极大。
弯板时,加热线的位置主要取决于所求的构件形状,确定加热线的位置是水火弯板的关键。
加热线的疏密和长短主要影响构件的成形效果,但应注意,加热线的位置不可跨越构件横剖面的中和轴。
2.冷却方式对成形加工的影响
1.自然冷却构件加热后,在空气中自然冷却时一种工艺方法。
优点是操作简单。
缺点是成形速度慢,而且在产生角变形的同时会产生不必要的纵向挠度。
2.正面跟踪水冷却是冷水喷射在正在冷却的金属上的一种工艺方法。
它加快了金属的
收缩,强化了正在加热金属的压缩作用,使其产生较大的附加变形。
但是由于加热面被水强制冷却,温度急剧降低,甚至使正面低于背部温度,出现负温差,降低了角变形的效果,在变形的反作用力下,使正在冷却过程中的金属受到附加拉伸作用而抵销部分变形,因此角变形效果一般不如空气冷法好。
但其横向收缩变形却比空气冷法大,成形加工所不需要的加热线纵向收缩变形也远比空气法小。
水火弯板梯形加热变形机理研究张成龙;杨平;齐亮【摘要】水火弯板热成形方法通过对钢板的加热和冷却来实现板的变形,达到符合要求的曲面形状,是目前国内外主流船体外板加工方式.梯形加热是一种新型的加工方式,本质上属于收边加热,是收边加热工艺当中板边加热面积最大的一种成形方式,成形效果好.基于Ansys有限元仿真软件,在单加热线和“双重”加热线研究的基础上,对梯形加热的温度场和变形场进行研究,得出一系列温度场和变形场的计算结果,为预测梯形加热工艺的变形和将来实现水火弯板自动化加工奠定一定的研究基础.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2014(036)003【总页数】6页(P106-111)【关键词】水火弯板;梯形加热;热成形;高斯热源;热-结构有限元模型【作者】张成龙;杨平;齐亮【作者单位】江苏大学机械学院,江苏镇江212000;江苏大学机械学院,江苏镇江212000;江苏大学机械学院,江苏镇江212000;江苏科技大学电子信息学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】U671.3船体外板曲面成形通常有机械成形方法和热-结构成形方法。
机械成形方法是通过液压装置或一套轧辊将机械载荷施加到钢板上形成预期的弯曲形状,这种工艺成型方式俗称“冷弯”;热-结构成形方法是将移动热源形成的热载荷施加到钢板上形成预期的弯曲形状,这种工艺成型方式俗称“热弯”。
水火弯板线加热工艺作为船体外板曲面成形的主流方法,属于热-结构成形方法,是造船生产中技术性很强的一种成形工艺。
线加热成型是指沿着已经设计好的加热线位置,在加热线上进行火焰加热。
由于在钢板的周边位置有一定的约束限制,使加热线位置加热膨胀区域的材料产生塑性变形,这种塑性变形不可恢复,当温度冷却至室温时,加热区域的材料就会发生塑性收缩。
由于在厚度方向上的温度梯度,在厚度方向上的收缩量不一致,自上而下逐渐递减,从而钢板产生弯曲变形。
梯形加热是线加热成型的衍生形式,在板的边缘处以梯形的形状加热钢板,梯形加热的加热区域是沿板边加热的成形方式中加热面积最大的一种加工成形方式,并且加热线的长度越靠近板的中心位置,其加热线长度越短;沿此方向上的收缩量和角变形也不同。
水火弯板项目概况一、研究意义船体外板曲面的成型加工是船舶制造的关键及重要环节之一。
各种船舶的外表面大多都是由复杂的、不可展的空间曲面构成,通常采用燃气火焰在钢板表面局部进行加热,当加热区达到一定温度后再降温,利用金属的热弹塑性收缩变形原理,以获得良好的整体变形,这就是所说的水火弯板工艺。
其中影响钢板变形的因素,有板材的形状参数(板长、板宽、板厚、曲率大小),加工参数(加热线的长度、宽度及形状、加热速度),热源(气体火焰、高频感应、激光加热),边界条件(两端自由、两端支撑、四角支撑),冷却方式(正面水冷、背面水冷、空冷)等。
二、国内外研究现状目前国内外大部分造船厂的水火弯板工艺都是由技术熟练的造船工人凭借长期积累的加工经验按照这个一般过程操作的。
而这种经验型的手工加热模式存在如下的不足:①水火弯板加工经验需要在长期的加工实践中获得,培养一名有经验的技工很不容易。
工作环境比较艰苦,劳动条件也较差,因此随着老工人的退休,很多青年工人不愿意从事这一工种。
②手工加热型的水火弯板加工存在加工时间长,成形质量不容易控制,难以实现精度控制等困难。
这导致了造船周期长,为后续造船工艺的精度控制设置了障碍。
③当今世界船舶市场的竞争日趋激烈,为了提高自身的造船竞争力,船厂必须在缩短造船周期、提高造船质量和降低造船成本等方面下功夫。
双曲率船体板的水火弯板成形是一个不可或缺的造船工艺,而手工加热型的水火弯板加工在成形效率和成形质量上都不能满足现代造船生产的迫切要求。
因此,水火弯板研究具有明显的工程应用背景和重要的学术价值,实现水火弯板成形的自动化己经是造船界的共识,必须尽决加以解决。
作为水火弯板工艺的发源地,日本早在二十世纪五六十年代就开始了对此工艺的探索,七八十年代开始了自动加工设备的研究。
1999年日本石川岛播磨重工业株式会社研制出一台曲板成形的自动化加工装置IHI-α。
该装置有以下几个特点[1]:(1)自动计算出曲板的加热路径和加热头热输入率等参数,以及加工后曲板形状变化的误差。
一种水火弯板外板曲面表面火路定位算法潘伟杰;程良伦;王涛;刘力【摘要】In the process of shipbuilding automation, it needs to arrange flame lines for line heating. When arranging flame lines, it needs to locate flame lines on plate surface. Therefore, a localization algorithm suitable for plate surface is proposed in this paper, allowing locating and arranging planed flame lines on plate surface when location information of flame lines end points is given; and it could figure out location information of settled flame lines vice versa.%船体外板水火弯板加工工艺自动化过程中需要解决火路规划布置的问题,其中火路规划时需要定位加工火路的位置。
因此提出一种适合于船体外板曲面定位的算法,使得给定火路顶点定位信息,能够在外板曲面上定位与布置所规划火路;相应地,对于既有火路布置,能够获取火路的定位信息。
【期刊名称】《图学学报》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】6页(P697-702)【关键词】水火弯板;火路规划;曲面定位【作者】潘伟杰;程良伦;王涛;刘力【作者单位】广东工业大学计算机学院,广东广州 510006;广东工业大学计算机学院,广东广州 510006;广东工业大学自动化学院,广东广州 510006;广州广船国际股份有限公司,广东广州 510382【正文语种】中文【中图分类】TP391.7船体外板水火弯板加工工艺是双曲度船体外板加工的主要加工工艺,然而这项工艺长期以来依赖工人经验手工操作,已无法满足现代化造船的需要。
船体建造火工知识1、火工弯板的基本原理:火工弯板,通称火工校正、火工矫正、缩火。
•原理:在钢板上进行加热,然后让其冷却,使钢板产生横向收缩和角变形。
••(1)为什么会产生横向收缩。
因为是利用了金属热涨冷缩的原理。
当钢板通过加热后就会出现迅速膨胀,但当停止加热并温度逐渐冷却后,钢板也就出现收缩现象。
加热温度越高、受热面积越大,其膨胀越大。
反之,其收缩也就越快,收缩量相对也较大。
(2)为什么会产生角变形。
因为钢板是有厚度的,在钢板上加热是在板的一面进行,这样直接加热的一面温度就比另一面要高得多。
根据以上原理,温度高的一面收缩量大,而温度低的一面收缩量小,由于钢板两面横向收缩不对称,就出现了角变形。
火工弯板就是利用这个原理。
2、火工弯板的冷却方法:以上提到在钢板上加热,然后冷却,那么是用什么方法来冷却呢,主要有以下三种:(1)水冷却;(2)空气冷却;(3)油冷却。
不同的冷却方法,是根据不同的材料或材质,不同的部位或不同的弯板及变形状态,不同的矫正或校正方法等因素而确定的。
水冷和空冷是常见的方法,而油冷不多见。
对于油冷,是针对特殊材料,在冷却速度要求较缓慢、均衡等特殊情况下使用油冷或油加热。
比如门大小车行走系统,其轴承规格是较大的,在轴承套内安装轴承时,往往是将轴承套热油内加热使其膨胀,然后拿出来进行轴承安装,接着再将其放在油内冷却,这样是其热胀及收缩比较均衡。
对于用水冷却,也有两种方式,一是正面跟踪冷却法;二是背面跟踪加热的速度冷却法。
但这里主要材质是指低碳钢,对低合金钢或高强度钢另外作出说明。
①正面跟踪冷却法:就是在钢板正面用火加热,然后在正面用水跟踪加热器行走的速度进行冷却。
②背面跟踪冷却法:就是在钢板正面用火加热,然后在其背面用水跟踪加热器行走的速度进行冷却。
注意:正面跟踪冷却,水与火的间距40~90mm左右(薄板近,厚板远);而背面跟踪冷却法,水与火的间距要适当远一些,一般是正面间距的1.5~2倍,大约在90~130mm,这是指低碳钢,如果是低合金高强钢,水与火的间距应为250~350mm,主要是不应采用骤冷方式,应等到温度下降低于500℃才能水冷。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。