CN1075435A - 曲面壳板加工方法 - Google Patents

Abstract

曲面壳板在石油化工、冶金和建筑行业常被用于 组成各种储罐和房屋顶。目前加工曲面壳板的方法 有冲压法、滚压法和旋压法。冲压法、滚压法需要大 型模具，旋压法限于封闭圆周边界的曲面壳板的加 工。本发明采用将板料切割成一定形状的板坯，然后 使其产生往复运动。在此过程中实现曲面壳板的连 续局部成型，不需要大型模具，不仅可用于加工整圆 周边界的曲面壳板还可用于加工非整圆周边界的曲 面壳板。

Description

一种板料加工方法

本发明涉及一种利用连续局部成形将板料加工成曲面壳板的方法。

在石油化工、冶金和建筑行业，曲面壳板常用于制造各种储罐，如球形储罐，圆柱形储罐，和建筑结构，如房屋屋顶。此外，它们还被用于制造大型抛物面接收天线。目前曲面壳板的加工方法主要有三种，即冲压法，滚压法和旋压法。

冲压法是将板料放在模具上，用压力机加压使壳板成形，这种加工方法需要大型压力机和昂贵的模具。大型储罐一般是单件，小批量生产，因此与压机上模具加工板料适应于大批量生产产生巨大的矛盾，其结果是经济上不合算。

滚压法是使板料通过由数对凹形辊和凸形辊间形成的滚道，一次行程完成曲面壳板的成形。这种方法用于加工曲面壳板时，成形辊的长度需大于板料的宽度，因此加工的曲面壳板宽度受到辊刚度的限制。目前滚压的最大宽度为2100毫米。滚压成形后的曲面壳板的边缘常有局部波纹，需要后继的整形工序进行整形。参见建筑工业出版社1990年出版，王嘉麟主编“球形储罐建造技术”P88～90。

不管是冲压法还是滚压法，在加工曲面壳板时均存在需要昂贵的大型模具，（滚压法的滚压辊也是模具）与曲面壳板多品种，小批量生产的矛盾。

旋压法是一种连续局部成形方法，虽不需要大型模具，但仅适于加工具有封闭圆周边界的曲面壳板。参见机械工业出版社1986年出版，王成和等著的“旋压技术”。

长期以来，人们一直试图寻求一种适用于小批量，多品种加工曲面壳板，不需要大型模具，而仅需要花费不多的工装，适用面广的加工方法。

本发明的目的在于克服冲压法和滚压法加工工艺需要大型模具，不适应于多品种，小批量生产的不足。旋压法只能加工封闭圆周边界的曲面壳板的限制，提供一种当曲面壳板的规格和尺寸发生变化时，仅需要更换几个很小的部件就可以实现曲面壳板的成形，不仅适于加工封闭圆周边界的曲面壳板也适于加工非圆周边界曲面壳板，如长条形曲面壳板的柔性加工方法。

下面叙述的几条措施均可实现本发明的目的。

1）将具有塑性变形能力的板料切割成一定形状的板坯，然后置于安装在同一机身上的由可绕自身轴线往复转动的辊子或其类似物，如单个滚轮或可绕同一轴线往复转动的多个滚轮等，组成的夹持装置和成形装置中。夹持装置起夹的直线段，则板坯做往复运动受成形装置弯曲处理后的部分为可展的柱面壳板，若前一种轨迹为曲线而后一种轨迹也是曲线，则板坯受成形装置辊子弯曲处理后的部分为不可展的曲面壳板。

3.根据权利要求1所述的方法，安装夹持装置和成形装置于同一机身上，对于夹持装置，将上下两夹持辊和两边辊分别用两套传动装置传动，扇形板坯放置于夹持装置中并受辊子弯曲作用发生局部塑性变形，上、下夹持辊带动板坯的大口，边辊带动板坯的小口，通过传动装置的适当调整来使大口和小口的往复移动角速度一样，使夹持装置各辊接触的板坯部分在经各辊弯曲处理后成为锥面壳板，然后夹持装置各辊夹紧板坯并驱动板坯做稳定的往复移动，对于成形装置，调整各辊位置使它们与板坯相接触并施加力使板坯在成形装置辊子之间的部分发生弯曲塑性变形，成形装置中各辊回转时，与夹持装置的辊子同步驱动板坯做往复的移动，设板坯停在往复移动过程中的任一位置，在成形装置各辊向板坯边缘移动过程中，成形辊和旋压辊与板坯之间的接触点将在板坯上夹持装置两夹持辊轴线所决定的平面内描述出轨迹，若该轨迹为夹持装置夹持辊下锥壳内外表面母线所在直线上的直线段，则板坯在夹持装置，成形装置辊子同步驱动下做往复移动时，受成形装置各辊弯曲处理后的部分为可展锥面壳板，若该轨迹为曲线，则板坯在夹持装置，成形装置辊子同步驱动下做往复移动过程中受成形装置各辊弯曲处理后的部分为不可展的曲面壳板。

4.根据权利要求1中所述的方法，安装夹持装置和成形装置于同一机身上，夹持装置由两个可绕定轴往复转动的盘状物体，即两夹持盘组成，板坯置于上、下夹持盘中夹紧，成形装置由可往复回转的位于板坯上方的成形辊，位于板坯下方的旋压辊以及分布在成形辊和旋压辊前后两侧的板坯部分下方的两边辊组成，成形辊相对旋压辊错开一定的距离，成形辊和旋压辊的回转轴线与夹持装置的两夹持盘的回转轴线共面，夹持装置夹持盘的回转，成形装置辊子的回转，夹持盘和辊子的回转轴的移动（方向和位置的变动）和调整采用机械-电气，气动或全液压驱动，调整夹持装置夹持盘使其夹紧板坯并驱动板坯做往复的定轴摆动，成形装置辊子调整后与板坯接触，旋压辊将板坯向成形辊挤压，使板坯发生成形辊和旋压辊轴线所在平面内的弯曲变形，边辊和成形辊，旋压辊配合对板坯施加力使板坯在另一平面内产生弯曲变形，从而板坯在成形装置中的部分发生局部弯曲变形，成形装置辊子往复正反向回转时与夹持装置的夹持盘同步驱动板坯绕定轴往复摆动，或成形装置辊子单独驱动板坯绕夹持盘回转轴线做定轴摆动，夹持盘仅起夹紧作用，同时成形装置辊子向板坯的外边缘移动，成形装置各辊的相对位置根据曲面壳板不同部位曲率变化的需要做成形装置，调整各辊位置使它们与板坯相接触并施加力使板坯与成形装置辊子接触的部分发生弯曲变形，设成形装置各辊停在它们向板坯边缘移动过程中的任一位置，则板坯做往复运动时，辊与板坯之间的接触点将在板坯上垂直于夹持装置辊轴线方向的平面内描述出轨迹，同样设板坯停在往复运动过程中的任一位置，而成形装置各辊向板坯边缘移动，辊与板坯之间的接触点将在板坯上夹持装置两夹持辊轴线所决定的平面内描述出轨迹，若前一种轨迹为直线段，后一种轨迹为曲线或前一种轨迹为曲线而后一种轨迹为平行于夹持装置夹持辊轴线的直线段，则板坯做往复运动受成形装置弯曲处理后的部分为可展的柱面壳板，若前一种轨迹为曲线而后一种轨迹也是曲线，则板坯受成形装置辊子弯曲处理后的部分为不可展的曲面壳板。若板坯的所有部分或夹持装置、成形装置未接触到的部分需要成形装置加工处理才能成形为要求的形状和尺寸，则在成形装置接触到的板坯部分成形后，改变板坯的位置使需加工的部分置于成形装置能加工到的位置，夹持装置的各辊换成外形与经成形装置各辊弯曲处理后得到的曲面形状相吻合的辊或保持不变（若夹持装置下的部分不需成形装置加工），夹持装置各辊轴线位置得到调整使各辊与已成形曲面壳板将受夹持部分接触并施加力夹紧板坯，然后夹持装置各辊与成形装置的辊子同步驱动板坯做往复运动，成形装置加工尚待加工的部分，直到该部分的形状和尺寸达到要求。

3）根据1）中所述的方法，对于安装在同一机身上的夹持装置和成形装置，在夹持装置中，将上下两夹持辊和两边辊分别用两套传动装置传动，扇形板坯放置于夹持装置中并受辊子弯曲作用发生局部塑性变形，上、下夹持辊带动板坯的大口，边辊带动板坯的小口，通过传动装置的适当调速来使大口和小口的往复移动角速度一样，使夹持装置各辊接触的板坯部分在经各辊弯曲处理后成为锥面壳板，然后夹持装置各辊夹紧板坯并驱动板坯做往复的移动，为保证上、下夹持辊与板坯充分接触，夹持辊外形可带一定的锥度。在成形装置中，调整各辊位置使它们与板坯相接触并施加力使板坯在成形装置辊子下的部分发生弯曲塑性变形。成形装置中各辊回转时，与夹持装置的辊子同步驱动板坯做往复的移动。设板坯停在往复移动过程中的任一位置，在成形装置各辊向板坯边缘移动过程中，成形辊和旋压辊与板坯之间的接触点将在板坯上夹持装置两夹持辊轴线所决定的平面内（成形装置的成形辊和旋压辊轴线也在此平面内）描述出轨迹，若该轨迹为夹持装置夹持辊下锥壳内外表面母线所在直线上的直线段，则板坯在夹持装置，成形装置辊子同步驱动下做往复移动时，受成形装置各辊弯曲处理后的部分为可展锥面壳板，若该轨迹为曲线，则板坯在夹持装置，成形装置辊子同步驱动下做往复移动过程中受成形装置各辊弯曲处理后的部分为不可展的曲面壳板。若板坯的所有部分或夹持装置，成形装置未接触到的部分需要成形装置加工处理才能成形为要求的形状和尺寸，则在成形装置接触到的板坯部分成形后，改变板坯的位置使需加工的部分置于成形装置能加工到的位置，夹持装置的各辊换成外形与成形装置各辊对板坯弯曲处理后得到的曲面形状相吻合的辊或保持不变（若夹持装置下的部分不需成形装置加工），夹持装置各辊轴线位置得到调整使各辊与已成形曲面壳板受夹持部分接触并施加力夹紧板坯，然后与成形装置的辊子同步驱动板坯做往复运动，成形装置加工尚待加工的部分，直到该部分的形状和尺寸达到要求。

4）根据1）中所述的方法，对于安装在同一机身上的夹持装置和成形装置，夹持装置可由两个绕定轴往复转动的盘状物体，即两夹持盘组成。板坯置于上、下夹持盘中夹紧。成形装置由可往复回转的位于板坯上方的成形辊，位于板坯下方的旋压辊以及分布在成形辊和旋压辊前后两侧的板坯部分下方的两边辊组成，成形辊相对旋压辊错开一定的距离。成形辊，旋压辊和夹持装置夹持盘的回转，辊子和夹持盘回转轴的移动（方向和位置的变动）和调整采用机械-电气，气动或全液压驱动。调整夹持装置夹紧盘使其夹紧板坯并驱动板坯做往复的定轴摆动。成形装置辊子调整后与板坯接触并对板坯施加力，旋压辊将板坯向成形辊挤压，旋压辊，成形辊和夹持板坯的夹持盘配合对板坯施加弯矩，使板坯发生成形辊和旋压辊轴线所在平面内的弯曲变形，成形辊和旋压辊的回转轴线与夹持装置的两夹持盘的回转轴线共面，边辊和成形辊，旋压辊配合对板坯施加弯矩使板坯在另一平面内产生局部弯曲变形，从而板坯在成形装置中的部分发生弯曲变形，成形装置辊子往复正反向回转时与夹持装置的夹持盘同步驱动板坯绕定轴往复摆动，或成形装置辊子单独驱动板坯做定轴摆动，夹持盘仅起夹紧作用，同时成形装置辊子向板坯的外边缘移动，成形装置各辊的相对位置根据曲面壳板不同的部位曲率的变化的需要做相应调整，塑性区在此过程中不断扩大。在成形辊，旋压辊的回转轴线及夹持盘的回转轴线所决定的平面内，若成形装置各辊与板坯接触，板坯上接触点的轨迹为直线，则板坯经成形装置辊子弯曲加工处理后成为可展的圆锥壳板，若轨迹为曲线，则成为不可展的曲面壳板。

5）根据1），2），3）或4）中所述的方法，在成形装置中设置可绕自身轴线往复回转的背压辊。该辊的回转轴线与成形辊和旋压辊的回转轴线共面。背压辊位于板坯下方，成形装置的旋压辊和夹持装置之间靠近旋压辊，以便当成形装置远离夹持装置夹持辊的夹紧端时，背压辊，成形辊和旋压辊配合对板坯施加弯矩，使板坯在成形辊和旋压辊轴线所决定平面内产生局部弯曲，背压辊回转轴的移动（方向和位置的变动）和调整采用机械-电气，气动或全液压驱动。

6）根据1），2），3）或4）中所述的方法，在成形装置中可在成形辊和旋压辊前后两侧的板坯部分上方各设置一个边辊，或在成形辊和旋压辊前后两侧的板坯部分下方各增设一个辊子，并位于已有边辊的右边，或在成形装置中这两种情况同时出现，以加强成形装置对其间的板坯部分产生的局部弯曲效果和保证板坯边缘也能成形为所要求的曲面壳板部分。辊的回转轴线的移动（方向和位置的变动）和调整采用机械-电气，气动或全液压驱动。

7）根据1）中所述的方法，可使成形装置的成形辊的外侧面母线弧形状与曲面壳板上表面在成形辊和旋压辊所决定平面内的弧线形状相吻合，例如，若曲面壳板的上表面在该平面内的弧线形状为某一半径的圆弧，则成形辊的外侧面母线弧形状取同样半径的圆弧，而母线弧的长度大于或等于曲面壳板上表面在夹持装置右侧的成形辊和旋压辊所定平面内的弧线的长度，在成形过程中，成形辊只做回转运动，而其回转轴线不运动，其它辊子仍在板坯往复运动过程中与成形辊配合在移向板坯的外边缘的过程中实现曲面壳板的成形。

8）根据1），2），3）或4）中所述的方法，当所需加工的曲面壳板尺寸较大以致于已成形后的曲面壳板部分的刚度不足以保证在其做往复运动时不发生塑性变形时，可设置由辊子或其类似物，如滚轮等，组成的托架支承已成形的曲面壳板部分，使在成形装置加工板坯其它部分时，已成形的曲面壳板部分不发生塑性变形。

9）根据1），2）或3）中所述的方法，当需加工的曲面壳板的曲率半径较小，由平面板坯加工成曲面壳板所需变形量大时，可将整个板坯予先在普通弯板设备上弯成可展的曲面壳板（如柱面壳板或锥面壳板），然后将其置于夹持装置和成形装置中加工成不可展的曲面壳板。

10）根据1），2），3）或4）中所述的方法，当需加工的曲面壳板的曲率半径较小，由平面板坯加工成曲面壳板所需变形量大以致于成形装置在一个道次中（板坯往复运动时，成形装置各辊自初始位置移到板坯横向边缘的过程称为一个道次）难以使板坯成形为需要的形状时，可将成形过程分成若干道次进行。每个道次达到一定的变形量，逐次成形，经过几个道次的累积后获得最终的形状和尺寸。

采用本发明可加工的板料可以是碳钢板、铝板，铜板，不锈钢板或其它具有塑性变形能力的板料。板坯形状可以取矩形，圆形，扇形或其它接近矩形，圆形，扇形等形状。根据板厚度大小，材料塑性的高低可选择冷成形，温成形或热成形。

本发明下面结合附图和实施例做进一步的详述：

实施例1

由平面板料加工环向开敞的柱面壳板

1、下料：将板料切割成矩形板坯。

2、成形：

图1是板坯被夹持在夹持装置Ⅰ和成形装置Ⅱ中的示意图。图中所示为板坯的横剖面，箭头表示支托辊子的支承的运动可发生的方向和辊子可绕自身轴回转方向。直角坐标系oxyz用于说明变形和运动发生的位置。

夹持装置Ⅰ的夹持辊2，3在板坯的宽度方向将板坯1夹紧如图1所示。夹持装置中除夹持辊2，3外，还有两个辊子，即边辊4，5，各辊的轴线相互平行，辊的外侧面母线为直线。图1中的A-A剖面是用平行于坐标面yoz的平面剖切板坯所得的辊子相对板坯分布示意图。各辊绕自身轴线往复回转，在相应的机构驱动下还可进行移动和位置调整，调整辊4，5的位置，使辊4，5与板坯的接触点位置高于辊3与板坯的接触点的位置，则板坯在平行于坐标面yoz的平面内产生弯曲变形，同时板坯被夹紧。这种变形是局部的，当板坯往复移动时，局部塑性区将逐步扩展到夹持装置辊子所能接触到的板坯部分。夹持装置辊子接触到的这部分经各辊施加力形成的弯曲处理后成为柱面壳板。

成形装置由可往复回转的成形辊6，背压辊7，旋压辊8和两个分布在前三辊前后两侧的板坯部分下方的边辊9和10组成。为了加强辊子对板坯的弯曲效果，保证板坯边缘的成形，还可在成形辊的前后两侧的板坯部分上方再各安排一个辊。成形装置中的成形辊，背压辊和旋压辊的回转轴线与夹持装置夹持辊的回转轴线共面。在平行于坐标面yoz的平面内，各辊相对板坯的分布示意图如图1中的B-B剖面图所示。

调整边辊的位置，使辊9，10与板坯的接触点位置高于旋压辊与板坯接触点的位置，则板坯在平行于坐标面yoz的平面内产生弯曲变形，这种变形是局部的。

成形装置的成形辊，背压辊和旋压辊，夹持装置的夹持辊夹紧板坯并在往复回转时同步驱动板坯做往复的平移运动，与此同时，成形装置的各辊与板坯的接触点沿水平直线移向板坯的横向外边缘，从而局部塑性区不断扩大，直到遍及成形装置各辊所能接触到的板坯各个部分。右半部加工完成后，将板坯反转180°采用同样的步骤加工图1中的板坯左半部。最后可得到一柱面壳板。

实施例2

由平面板料加工环向开敞的圆锥面壳板。

1、下料：将板料切割成扇形板坯，如图2所示。

2、成形

将板坯夹持在图3所示的夹持装置Ⅲ和成形装置Ⅳ中。图中所示为板坯的横剖面图，箭头表示支托辊子的支承的运动可发生的方向和辊子可绕自身轴线回转方向。直角坐标系oxyz用于说明变形和运动发生的位置，xoy平面与夹持装置上、下夹持辊轴线决定的平面重合。

夹持装置中的上、下辊11，12由一套传动装置驱动可以往复回转，边辊13，14有另一套传动装置驱动可以往复回转。扇形板坯夹持在夹持装置Ⅲ中，受辊子弯曲作用发生局部塑性变形，如图3中的C-C，D-D剖面示意图所示。上、下辊11，12驱动板坯的大口，边辊13，14驱动板坯的小口，通过传动装置的适当调速使大口和小口的往复移动角速度相同。这样夹持装置辊子夹持的板坯部分在经各辊施加的力形成的弯曲处理后成为锥面壳板。夹持装置的辊子夹紧板坯往复回转时，板坯将以一定的角速度往复移动。

成形装置由可往复回转的成形辊15，背压辊16，旋压辊17，和分布在前三辊前后两侧的板坯部分下方的两边辊18，19组成。为了加强辊子对板坯的弯曲效果和保证板坯边缘的成形，可在成形辊的前后两侧的板坯部分上方再各安排一个辊。成形装置中的成形辊，旋压辊和背压辊的回转轴线与夹持装置夹持辊的回转轴线共面。各辊在移向板坯边缘过程中的任一位置以图3中E-E剖面示意图所示的相对板坯排列方式对板坯施以弯曲处理使其发生弯曲塑性变形。

在成形装置的成形辊，旋压辊和背压辊回转轴线所定平面内，旋压辊将板料向成形辊挤压使板坯在旋压辊形成的弯矩作用下发生弯曲变形。成形辊15，背压辊16，旋压辊17，夹持装置的夹持辊和边辊夹紧板坯并在往复回转运动中同步驱动板坯做往复的移动，成形辊，背压辊和旋压辊与板坯的接触点在xoy平面内沿与夹持装置下圆锥壳的母线所在的直线向板坯的横向边缘移动，因此局部塑性区不断扩大，直到遍及成形装置所能接触到的板坯各个部分时，该部分受成形装置各辊弯曲处理后成为可展的锥面。在板坯右半部加工完成后，将板坯反转180°，采用类似的步骤加工成形辊子还没有接触到的部分，不同的是，此时夹持装置各辊的左边驱动板坯的大口，而右边驱动板坯的小口使大口和小口的往复移动角速度相同。

实施例3

由平面板料加工环向开敞的圆锥面壳板。

1、下料：将板料切割成扇形板坯，如图4所示。

2、成形。

将板坯夹持在图5所示的夹持装置Ⅴ和成形装置Ⅵ中。图中所示为板坯的径向剖面图，箭头表示支托辊子的支承的运动可发生的方向和辊子可绕自身轴线的回转方向，直角坐标系oxyz用于说明变形和运动发生的位置。

可绕定轴摆动的夹持盘20，21将板坯夹紧，成形装置的辊子夹紧板坯的尚待加工的部分，成形装置由可绕自身轴线往复回转的成形辊22，背压辊23，旋压辊24和分布在板坯下方前三辊前后两侧的两个边辊25，26组成，为了加强辊子对板坯在平行于坐标面xoz的平面内弯曲效果和保证板坯边缘的成形，还可在成形辊的两侧板坯上方再各安排一个辊子，如图5中剖面图F-F中的虚线辊子所示。在平行于坐标面xoz的平面内，成形装置各辊在与板坯接触处施加力产生弯矩，使板坯在成形装置内的部分在该平面内发生弯曲变形，如图5中剖面图F-F所示。

成形装置的成形辊，背压辊和旋压辊的回转轴线与夹持装置的夹持辊的回转轴线共面，在该平面内，旋压辊将板坯挤向成形辊，使板坯在该平面内发生弯曲变形，当板坯在夹持装置，成形装置的驱动下往复摆动时，成形装置各辊向板坯外边缘移动，塑性变形区不断扩大，直到遍及成形装置各辊接触到的所有部分。使成形装置的成形辊，背压辊和旋压辊向板坯外边缘移动过程中，板坯上的在该三辊轴线所决定平面内的接触点所描述的轨迹为斜直线，则经成形装置各辊弯曲处理后的板坯部分被加工成圆锥面壳板。

实施例4

由平面板料加工球面壳板

1、下料：将板料切割成矩形板坯。

2、成形：

图6是板坯夹持在夹持装置Ⅶ和成形装置Ⅷ中的示意图。图中的箭头表示支托辊子的支承的运动可发生的方向和辊子可绕自身轴线的回转方向。夹持装置的夹持辊位于板坯宽度方向的中部，成形装置各辊在夹持装置的右边，直角坐标系oxyz被用于说明变形和运动发生的位置，xoy坐标面与夹持装置上、下夹持辊轴线决定的平面重合。

夹持装置Ⅶ的夹持辊27，28在板坯的宽度方向将板坯夹紧，夹持装置中除夹持辊27，28外，还有两个辊子，即边辊29，30。图6中的G-G剖面图是用平行于坐标面yoz的平面剖切板坯所得的辊子相对板坯的分布示意图。各辊的轴线平行并可绕自身轴线往复回转，在相应的机构驱动下还可进行移动和调整，调整边辊29，30的位置，使辊29，30与板坯的接触点位置高于辊28与板坯的接触点的位置，使板坯在平行于坐标面yoz平面内产生弯曲变形后的曲率半径等于圆球壳板的相应球心剖面圆的半径。这种弯曲变形的局部的，当板坯受夹持装置辊子驱动往复移动时，局部塑性区将逐步扩展到夹持装置辊子所能接触到的板坯各个部分。

成形装置Ⅷ由可绕自身轴线往复回转的成形辊31，背压辊32，旋压辊33和分布在板坯下方前三辊前后两侧的两个边辊，即边辊34，35组成。为了加强辊子对板坯的弯曲效果和保证板坯边缘的成形，还可在成形辊的前后两侧板坯部分的上方再各安排一个辊子，或在成形辊前后两侧的板坯部分的下方各增加一个辊子，并位于已有边辊的右边，或两种情况同时出现。成形装置中的成形辊，背压辊和旋压辊的回转轴线与夹持装置的夹持辊的回转轴线共面。在平行于坐标面yoz的平面内，各辊在与板坯接触处将施加力，调整各辊与板坯接触点的位置，使板坯在平行于坐标面yoz的平面内产生弯曲变形，且内、外表面曲率半径等于圆球壳板在相应平面内对应的内、外表面圆弧的曲率半径，例如当成形辊31，旋压辊33，边辊34，35与板坯的接触点处在坐标面yoz内，这些辊对板坯施加的力使板坯在该平面内发生弯曲时，使其内、外表面弧线曲率半径等于圆球壳板在该平面内对应的内、外表面圆弧曲率半径，如图6中的H-H剖面示意图所示。

在成形辊，背压辊和旋压辊轴线所在的平面内，旋压辊将板坯挤向外侧面母线曲率半径等于圆球壳板在该平面内内表面曲率半径的成形辊，使板坯与成形辊母线接触的内表面部分成为曲率半径等于成形辊母线弧曲率半径的圆弧。这种发生在成形辊，背压辊和旋压辊轴线所在平面内的变形和发生在平行于坐标平面yoz的平面内的变形是局部的。

成形装置的成形辊，背压辊和旋压辊，夹持装置的夹持辊夹紧板坯并在往复正反向回转时同步驱动板坯做往复的移动，与此同时，成形装置的各辊与板坯平行于坐标面xoy平面内的接触点沿圆球壳板内外表面的圆弧线移向板坯的外边缘，从而局部变形区不断扩大，直到遍及夹持装置和成形装置辊子接触到的板坯各个部分。在右半部加工完成后，将板坯掉转180°，并将夹持装置的夹持辊更换成外形与成形装置加工出的球壳板形状相吻合的辊子，夹持装置各辊轴线位置也需调整，使各辊与已成形球面壳板将受夹持的部分接触，施加力夹紧已成圆球面壳的部分。在夹持装置辊子做往复回转时，与成形装置辊子同步驱动板坯做往复的移动，成形装置采用同样的步骤加工图6的原夹持辊下的部分和夹持辊左边的部分，最后可得到一圆球面壳板。

在本实施例中，调整成形辊31，旋压辊33，边辊34，35的位置，使其与板坯接触，接触点处在平行于坐标面yoz的平面内，这些辊对板坯施加力，使板坯在该平面内发生弯曲变形后，其内外表面弧线曲率半径等于旋转椭球面壳板在该平面内对应的内外表面圆弧曲率半径，这种变形局部的。

在成形辊，背压辊和旋压辊轴线所在的平面内，旋压辊将板坯挤向成形辊，使板坯在成形辊，背压辊和旋压辊轴线所在平面内发生弯曲变形，这种变形也是局部的

在成形装置和夹持装置驱动板坯做往复移动的过程中，使成形装置的各辊与板坯平行于坐标面xoy平面内的接触点沿椭圆轨迹移向板坯的外边缘，使局部变形区不断扩大，直到遍及夹持装置和成形装置辊子接触到的板坯各个部分，则板坯的这些部分将被加工成旋转椭球面壳板。

需要指出的是，在上述4个实施例中，当成形板坯所需的变形量较大时，可以将成形过程分几个道次进行。每个道次达到一定的变形量，逐次变形，经过几个道次的加工累积后获得最终的形状和尺寸。

采用本发明加工曲面壳板相比传统的加工方法具有如下优点：

1、不需要大型模具，仅需少量的工装，而且工装尺寸小，成本低，因而适用于单件，小批量生产。

2、适用面广，各种曲面壳板，如圆球面壳板，椭球面壳板和各种柱面、锥面壳板等非整圆周边界曲面壳板，及整圆周边界曲面壳板均可采用本方法加工。

3、属于连续局部成形，成形时工具与板坯的接触面积小，变形力小，因而所需设备吨位小。

4、允许的曲面壳板的最小尺寸与厚度之比的范围较之冲压法和滚压法大得多。大尺寸，薄的曲面壳板加工时，冲压和滚压的起皱问题，采用本发明可以得到解决。

5、成形的曲面壳板的形状准确，光洁度好。

6、可加工的曲面壳板的宽度比冲压法和滚压法要大得多。

Claims (9)

1、一种利用连续局部成形加工曲面壳板的方法。其特征是将由具有塑性变形能力的板料切割成的一定形状板坯置于安装在同一机身上的由辊子或其类似物组成的夹持装置和成形装置中，夹持装置起夹持，驱动板坯作用，并实现部分成形功能，由可往复回转的两个夹持辊，两个边辊组成，辊子的相对位置可调，上、下两个夹持辊夹持板坯，两个边辊分布在夹持辊前后侧的板坯部分的下方，成形装置由可往复回转的位于板坯上方的成形辊，位于板坯下方的旋压辊以及分布在前二辊前后两侧的板坯部分下方的两个边辊组成，旋压辊相对于成形辊错开一定的距离，成形辊和旋压辊的回转轴线与夹持装置的两夹持辊的回转轴线共面，辊子的相对位置可调，两装置中的辊子的回转，辊子回转轴的移动(方向和位置的变动)和调整采用机械--电气、气动或全液压驱动，调整夹持装置辊子的位置使其与板坯接触并施加力，板坯与夹持装置辊子接触的区域在辊子施加力形成的弯矩作用下可以产生局部弯曲塑性变形，夹持装置辊子往复正反向回转时，夹紧板坯并驱动板坯做稳定的往复运动，在夹持装置夹紧板坯后，调整成形装置辊子的位置，使其辊子对板坯施加力夹紧板坯，旋压辊将板坯向成形辊挤压，使板坯发生成形辊和旋压辊回转轴线所决定平面内的弯曲变形，边辊和成形辊，旋压辊配合对板坯施加力使板坯在另一平面内产生弯曲变形，从而板坯与成形装置辊子接触的区域在成形装置辊子对板坯施加的力形成的弯矩作用下产生局部弯曲塑性变形，成形装置辊子往复正反向回转时，与夹持装置的辊子配合驱动板坯做稳定往复运动，同时成形装置的辊子移向板坯的外边缘，在此过程中，调整各辊的相对位置以适应曲面壳板不同部位曲率的变化的需要，板坯的塑性区得以扩大，直到遍及先后与成形装置接触的板坯各个部分，板坯的这些部分被加工成曲面壳板。

2、根据权利要求1所述的方法，夹持装置和成形装置安装在同一机身上，对于夹持装置，各辊采用圆柱形辊子，调整各辊使其轴线相互平行并与板坯接触施加力，使板坯受弯曲而发生局部弯曲变形，则板坯受夹持装置驱动做往复运动过程中，受夹持装置辊子弯曲处理后的部分为可展的柱面壳，对于成形装置，调整各辊位置使它们与板坯相接触并施加力使板坯与成形装置辊子接触的部分发生弯曲变形，设成形装置各辊停在它们向板坯边缘移动过程中的任一位置，则板坯做往复运动时，辊与板坯之间的接触点将在板坯上垂直于夹持装置辊轴线方向的平面内描述出轨迹，同样设板坯停在往复运动过程中的任一位置，而成形装置各辊向板坯边缘移动，辊与板坯之间的接触点将在板坯上夹持装置两夹持辊轴线所决定的平面内描述出轨迹，若前一种轨迹为直线段，后一种轨迹为曲线或前一种轨迹为曲线而后一种轨迹为平行于夹持装置夹持辊轴线的直线段，则板坯做往复运动受成形装置弯曲处理后的部分为可展的柱面壳板，若前一种轨迹为曲线而后一种轨迹也是曲线，则板坯受成形装置辊子弯曲处理后的部分为不可展的曲面壳板。

3、根据权利要求1所述的方法，安装夹持装置和成形装置于同一机身上，对于夹持装置，将上下两夹持辊和两边辊分别用两套传动装置传动，扇形板坯放置于夹持装置中并受辊子弯曲作用发生局部塑性变形，上、下夹持辊带板坯的大口，边辊带动板坯的小口，通过传动装置的适当调速来使大口和小口的往复移动角速度一样，使夹持装置各辊接触的板坯部分在经各辊弯曲处理后成为锥面壳板，然后夹持装置各辊夹紧板坯并驱动板坯做稳定的往复移动，对于成形装置，调整各辊位置使它们与板坯相接触并施加力使板坯在成形装置辊子之间的部分发生弯曲塑性变形，成形装置中各辊回转时，与夹持装置的辊子同步驱动板坯做往复的移动，设板坯停在往复移动过程中的任一位置，在成形装置各辊向板坯边缘移动过程中，成形辊和旋压辊与板坯之间的接触点将在板坯上夹持装置两夹持辊轴线所决定的平面内描述出轨迹，若该轨迹为夹持装置夹持辊下锥壳内外表面母线所在直线上的直线段，则板坯在夹持装置，成形装置辊子同步驱动下做往复移动时，受成形装置各辊弯曲处理后的部分为可展锥面壳板，若该轨迹为曲线，则板坯在夹持装置，成形装置辊子同步驱动下做往复移动过程中受成形装置各辊弯曲处理后的部分为不可展的曲面壳板。

4、根据权利要求1中所述的方法，安装夹持装置和成形装置于同一机身上，夹持装置由两个可绕定轴往复转动的盘状物体，即两夹持盘组成，板坯置于上、下夹持盘中夹紧，成形装置由可往复回转的位于板坯上方的成形辊，位于板坯下方的旋压辊以及分布在成形辊和旋压辊前后两侧的板坯部分下方的两边辊组成，成形辊相对旋压辊错开一定的距离，成形辊和旋压辊的回转轴线与夹持装置的两夹持盘的回转轴线共面，夹持装置夹持盘的回转，成形装置辊子的回转，夹持盘和辊子的回转轴的移动（方向和位置的变动）和调整采用机械-电气，气动或全液压驱动，调整夹持装置夹持盘使其夹紧板坯并驱动板坯做往复的定轴摆动，成形装置辊子调整后与板坯接触，旋压辊将板坯向成形辊挤压，使板坯发生成形辊和旋压辊轴线所在平面内的弯曲变形，边辊和成形辊，旋压辊配合对板坯施加力使板坯在另一平面内产生弯曲变形，从而板坯在成形装置中的部分发生局部弯曲变形，成形装置辊子往复正反向回转时与夹持装置的夹持盘同步驱动板坯绕定轴往复摆动，或成形装置辊子单独驱动板坯绕夹持盘回转轴线做定轴摆动，夹持盘仅起夹紧作用，同时成形装置辊子向板坯的外边缘移动，成形装置各辊的相对位置根据曲面壳板不同部位曲率变化的需要做相应调整，塑性变形区在此过程中不断扩大，成形辊和旋压辊的回转轴线与夹紧盘的回转轴线共面，在该平面内，成形装置各辊与板坯接触，若板坯上接触点的轨迹为直线，则板坯经成形装置辊子弯曲加工处理后成为可展的圆锥壳板，若轨迹为曲线，则成为不可展的曲面壳板。

5、根据权利要求1，2，3或4所述的方法，其特征是在成形装置中设置可绕自身轴线往复回转的背压辊，该辊的回转轴线与成形辊和旋压辊的回转轴线共面，背压辊位于板坯下方，成形装置的旋压辊和夹持装置之间靠近旋压辊，当成形装置远离夹持装置时，背压辊，成形辊和旋压辊配合对板坯施加弯矩，使板坯在成形辊和旋压辊轴线所决定平面内产生局部弯曲变形，背压辊回转轴的移动（方向和位置的变动）和调整采用机械-电气、气动或全液压驱动。

6、根据权利要求1，2，3或4所述的方法，其特征是在成形装置中成形辊和旋压辊前后两侧的板坯部分上方各设置一个边辊，或在成形辊和旋压辊前后两侧的板坯下方各设置一个辊子，位于已有边辊的右边，或这两种情况同时出现。辊的回转轴线的移动（方向和位置的变动）和调整采用机械-电气，气动或全液压驱动。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征是使成形装置的成形辊的外侧面母线弧形状与曲面壳板上表面在成形辊和旋压辊回转轴线所决定平面内的弧线形状相吻合，而母线弧长度大于或等于曲面壳板上表面在夹持装置右侧的成形辊和旋压辊回转轴线所决定平面内的弧线的长度，在成形过程中，成形辊只做回转运动，而其回转轴线不运动，其它辊子仍在板坯往复运动过程中与成形辊配合在移向板坯的外边缘的过程中实现曲面壳板的成形。

8、根据权利要求1，2，3或4中所述的方法，其特征是设置由辊子或其类似物组成的托架支承已成形的曲面壳板部分，使在成形装置加工板坯其它部分时，已成形的曲面壳板部分不发生塑性变形。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征是将整个板坯予先在普通弯板设备上弯成可展的曲面壳板（如柱面壳板或锥面壳板），然后将其置于上述夹持装置和成形装置中加工成不可展的曲面壳板。

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