双曲度船体外板非对压多压头冲压成形关键技术研究

针对金属板材多点成形中易产生压痕及皱折的问题，提出了一种新的可重构模具，其特点在于（1）活络方形压头、（2）采用非对压方式。它可有效控制不良变形。.采用板材弹塑性成形理论、有限元数值模拟以及实验研究相结合的方法，深入研究双曲度船体外板在此新方法冲压成形过程中影响成形的各种理论问题及工艺力学问题，主要包括：非对压多压头模具抑制皱折及压痕的机理；船体外板（中厚板）冲压成形的回弹行为及补偿方法；板材冲压成形极限；连续冲压成形工艺及方法。提出一套板材非对压多压头精确冲压成形的工艺理论，以优化压头及设备设计，为双向曲度船体外板精确成形及其自动化加工技术提供理论指导。.本项目继承了可重构模具的优点，同时又在方形压头及冲压方式上有创新，使其更接近于整体模具，对探索可重构模具下板材精确成形规律具有重要理论意义，同时为替代目前船厂广泛使用的人工水火弯板加工双曲度船体外板奠定基础，具有重大实用价值。

对小批量甚至单件的船舶制造业，其船体三维曲面外板形状各异，受成本及时间限制，不宜采用固定模具冲压成形。将整体模具离散化，形成可重构模具是一个好的办法。关键是如何将模具离散化，其中国内外研究众多的是多点成形技术。针对金属板材多点成形中易产生压痕及皱折的问题，本项目提出了一种新的可重构模具，其特点在于（1）活络方形压头、（2）采用非对压方式。它可有效控制不良变形。.采用板材弹塑性成形理论、有限元数值模拟以及实验研究相结合的方法，项目较深入地研究了双曲度船体外板在此新方法冲压成形过程中影响成形的各种理论问题及工艺力学问题，主要研究内容包括：.1. 分析了非对压多压头模具抑制皱折及压痕的机理，得到控制不良变形的主要原因在于（1）优化了模具离散方式，即从多点到多面（活络方形压头），扩大接触面；（2）改变了压制方式，即从对压到非对压，导致上下压头之间互相约束，使板材在上下压头形成的相对封闭空间中变形，类似整体模具冲压效果；（3）改进冲压方式，即由整体冲压到上压头联动冲压，对板材起到压边圈作用。以上措施有效控制了板的皱折与压痕。.2. 船体外板（中厚板）冲压成形的回弹行为进行了理论分析与数值模拟研究，提出了一种逐步逼近的回弹补偿方法。.3. 构建了小型船舶三维数控弯板机，设计并实现了其机械、液压、控制、测量、软件等系统，在此基础上对不同类型的船体外板进行冲压成形试验（含成形极限）；提出了连续冲压成形工艺及方法， 形成了一套船体外板非对压多压头冲压成形的工艺流程；为今后研发大型、生产实用的船舶三维数控弯板机时优化压头及设备设计，为双向曲度船体外板精确冷弯成形及其自动化加工技术支撑与理论指导。.4. 项目共发表论文8 篇，授权发明专利2项，小型样机及关键技术已通过技术鉴定，并于2012年获得中国造船学会科学技术二等奖。.本项目继承了可重构模具的优点，同时又在方形压头及冲压方式上有创新，使其更接近于整体模具，对探索可重构模具下板材精确成形规律具有重要理论意义，同时为替代目前船厂广泛使用的人工水火弯板工艺，实现双曲度船体外板加工的机械化、自动化、数字化奠定了基础，具有重大实用价值。