焊接结构生产电子教案-第三单元课件.ppt

第三单元 焊接结构备料加工工艺,学习目标：通过学习了解钢板的矫正及预处理方法；掌握零件的划线、放样号料、下料与边缘加工的方法；掌握零件加工中的几种常用的成形工艺。,综合知识模块一 钢材的矫正及预处理,钢材受外力、加热等因素的影响，会使表面产生不平、弯曲、扭曲、波浪等变形缺陷；另外，钢材因存放不妥和其他因素的影响，也会使钢材表面产生铁锈、氧化皮等。这些都将影响零件和产品的质量，因此，必须对变形钢材进行矫正及预处理。,能力知识点1 钢材变形的原因,引起钢材变形的原因很多，从钢材的生产到零件加工的各个环节，都可能因各种原因而导致钢材的变形。钢材的变形原因主要有以下几个方面：,（1）钢材在轧制过程中引起的变形,钢材在轧制过程中可能产生残余应力而导致变形。例如，在轧制钢板时，由于轧辊的间隙不一致，导致板料在宽度方向的压缩不均匀，延伸较多的部分受到拘束产生压应力，而延伸较少部分产生拉应力。因此，延伸较多的部分在压应力作用下可能产生失稳而导致变形。,（2）钢材因运输和不正确堆放产生的变形,焊接结构使用的钢材，均是较长、较大的钢板和型材，如果吊装、运输和存放不当，钢材就会因自重而产生弯曲、扭曲和局部变形。,（3）钢材在下料过程中引起的变形,钢材在划线以后，一般要经过气割、剪切、冲裁、等离子弧切割等工序。而气割、等离子弧切割过程，是对钢材的局部进行加热使其分离的过程。对钢材的不均匀加热必然会产生残余应力，进而导致钢材产生变形，尤其是在气割窄而长的钢板时，边上的一条钢板弯曲得最明显。,在剪切、冲裁等工序时，由于工件的边缘受到剪切，必然产生很大的塑性变形。综上所述，造成钢材变形的原因是多方面的。当钢材的变形大于技术规定时，划线前必须进行矫正。,表3-1 钢材在划线前允许偏差,能力知识点2 钢材矫正原理及矫正方法,1钢材的矫正原理钢材在厚度方向上可以假设是由多层纤维组成的。钢材平直时，各层纤维长度都相等，即ab=cd，见图3-1a。钢材弯曲后，各层纤维长度不一致，即abcd，见图3-1b。,可见，钢材变形的原因就是其中一部分纤维与另一部分纤维长短不一致。矫正就是采用加压或加热的方式，把已伸长的纤维缩短，把缩短的纤维伸长，最终使钢板厚度方向的纤维趋于一致。图3-1 钢材平直和弯曲时纤维长度的变化 a)平直 b)弯曲,2钢材的矫正方法,根据外力的性质不同，可分为如下四种：（1）手工矫正 手工矫正是采用手工工具，对已变形的钢材施加外力，以达到矫正变形的目的。手工矫正由于矫正力小、劳动强度大、效率低，所以常用于矫正尺寸较小的薄板钢材。,（2）机械矫正,机械矫正使用的设备有专用设备和通用设备。专用设备有钢板矫正机、圆钢与钢管矫正机、型钢矫正机、型钢撑直机等；通用设备指一般的压力机、卷板机。,（3）火焰矫正,火焰矫正是利用火焰对钢材的伸长部位进行局部加热，使其在较高温度下发生压缩塑性变形，冷却后收缩而变短，从而使钢材的变形得到矫正。火焰矫正操作方便灵活，所以应用比较广泛。,（4）高频热点矫正,是在火焰矫正的基础上发展起来的一种新工艺。高频热点矫正的原理是：通入高频交流电的感应圈产生交变磁场，当感应圈靠近钢材时，钢材内部产生感应电流（涡流），使钢材局部的温度立即升高，从而进行加热矫正。,高频热点矫正,加热的位置与火焰矫正时相同，加热区域的大小取决于感应圈的形状和尺寸。感应圈一般不宜过大，否则加热慢；加热区域大，也会影响加热矫正的效果。一般加热时间为45s，温度约800左右。,3钢板及型钢的矫正,（1）钢板的矫正 钢板的矫正主要是在钢板矫正机上进行的。当钢板通过多对呈交错布置的轴辊时，钢板发生多次反复弯曲，使各层纤维长度趋于一致，从而达到矫正的目的。图3-2所示为钢板矫正机的工作原理。,图3-2 钢板矫正机工作原理,钢板矫正机的工作原理,下排轴辊是主动轴辊，由电动机带动旋转；上排轴辊是被动的，能作上下调节以适应矫正不同厚度的钢板。一般两端的轴辊是导向辊，能单独上下调节，以引导板料出入矫正机。钢板矫正机有多种形式，轴辊的数量越多，矫正的质量越好。,通常511辊用于矫正中厚板；1129辊多用于矫正薄板。常用钢板矫正机的结构形式和特点见表3-2当钢板中间平、两边纵向呈波浪形时，应在中间加铁皮或橡胶以碾压中间。当钢板中间呈波浪形时，应在两边加垫板后碾压两边以提高矫平的效果。,矫平薄板时，一般可加一块较厚的平钢板作衬垫一起矫正，也可将数块薄板叠在一起进行矫正。矫平扁钢或小块板材时，应将相同厚度的扁钢或小块板材放在一个用作衬垫的钢板上通过矫正机后，将原来朝上的面翻动朝下，再通过矫正机便可矫平。,表3-2 常用钢板矫正机的结构和特点,（2）型钢的矫正,型钢的矫正一般是在多辊型钢矫正机、型钢撑直机和压力机上进行。）多辊型钢矫正机矫正多辊型钢矫正机与钢板矫正机的工作原理相同，矫正时，型钢通过上下两列辊轮之间反复的弯曲，使型钢中原来各层纤维不相等的变为相等，以达到矫正的目的。图3-3a所示为型钢矫正机的工作原理。,图3-3 型钢矫正机的工作原理,a）工作原理 b）辊轮形状,型钢矫正机的工作原理,矫正辊轮分上下两排交错排列，使型钢得以弯曲。下辊轮为主动轮，由电动机变速后带动；上辊轮为被动轮，可通过调节机构作上下调节，产生不同的压力。辊轮的形状可根据被矫正型钢的断面形状作相应的调换，如图3-3b所示。,2）型钢撑直机矫正,型钢撑直机是利用反变形的原理来矫正型钢的。图3-4所示为单头型钢撑直机的工作原理，两个支撑1之间的距离可调整，间距的大小随型钢弯曲程度而定。推撑2由电动机的变速机构、偏心轮带动，作周期性的往复运动，推撑力的大小可通过调节推撑与支撑间的距离来实现。型钢撑直机主要用于矫正角钢、槽钢、工字钢等，也可以用来进行弯曲成形。,图3-4 单头型钢撑直机的工作原理,1支撑 2推撑,3）压力机矫正,钢板和型钢变形后，可以通过油压机、水压机、摩擦压力机等进行矫正。矫正钢板的尺寸大小，主要由压力机的工作台尺寸而定。型材在矫正时会产生一定的回弹，因此，矫正时应使型材产生适量的反变形。压力机矫正钢板和型钢的方法见表3-3。,表3-3 压力机矫正,4钢材矫正方法的选择,矫正方法的选用，除与工件的形状、材料的性能和工件的变形程度有关外，还与生产设备有关。选择钢材矫正方法时应注意以下问题：,选择矫正方法时应注意的问题,1）对刚性较大的钢结构产生的弯曲变形不宜采用冷矫正，应在与焊接部位所对称的位置，采用火焰矫正法矫正。2）火焰矫正时，要严格控制加热温度，避免因钢材组织变化而产生较大的热应力。3）尽量避免在结构危险截面的受拉区进行火焰矫正。,能力知识点3 钢材的预处理,采用机械方法或化学方法对钢材的表面进行清理的过程称为预处理。预处理的目的是把钢材表面的铁锈、油污、氧化皮等清理干净，为后续加工做准备。为防止零件在加工过程中再一次被污染，一些预处理工艺还要在表面清理后喷涂保护底漆。,1机械除锈法,（1）喷砂法 喷砂法是目前广泛用于钢板、钢管、型钢及各种钢制件的预处理方法，它不但可以清除工件表面的铁锈、氧化皮等各种污物，而且能使钢材表面产生一层均匀的粗糙表面。,图3-5 喷砂设备系统,1压缩空气导管 2混砂机 3旋塞4软管 5喷嘴 6砂斗,喷砂设备工作原理,如图3-5所示，压缩空气经导管1流经混砂管2内的空气喷嘴时，空气喷嘴前端造成负压，将储存在砂斗6中的砂粒经放砂旋塞3吸入并与空气混合，然后经软管4从喷嘴5喷出，冲刷到工件的表面，将铁锈和氧化皮剥离，从而达到除锈的目的。,（2）弹丸法,弹丸除锈法多用于零件或部件的整体除锈，除锈效率不高。它是利用在导管中高速流动的压缩空气气流，使铁丸冲击金属表面的锈层，达到除锈的目的。弹丸除锈的铁丸直径为0.80.5mm（厚板可用2.0 mm），压缩空气压力一般为0.40.5 MPa。,（3）抛丸法,抛丸法是利用专门的抛丸机将铁丸或其他磨料高速地抛射到钢材的表面上，以消除钢材表面的氧化皮、铁锈和污垢。,钢材除锈后的防护处理,1）用经过净化的压缩空气将原材料表面吹净。2）涂刷防护底漆或浸入钝化处理槽中，做钝化处理，用10磷酸锰铁水溶液处理10min，或用2亚硝酸溶液处理1min。3）将涂刷防护底漆后的钢材送入烘干炉中，用加热到70的空气进行干燥处理。,2化学除锈法,化学除锈法就是用腐蚀性的化学溶液对钢材表面进行清理。此法效率高，质量均匀而稳定，但成本高，并会对环境造成一定的污染。,酸洗法和碱洗法,化学处理法一般分为酸洗法和碱洗法。酸洗法可除去金属表面的氧化皮、锈蚀物等污物；碱洗法主要用于去除金属表面的油污。其工艺过程，一般是将配制好的酸、碱溶液装入槽内，将工件放入浸泡一定时间，然后取出用水冲洗干净，以防止余酸的腐蚀。,综合知识模块二 划线、放样与号料,能力知识点1 钢结构施工图1钢结构施工图的特点图纸是工程的语言，读懂和理解图纸是进行施工的必要条件。焊接结构是以钢板和各种型钢为主体组成的，因此表达钢结构的图纸就有其特点，掌握了这些特点就容易读懂钢结构的施工图，从而正确地进行结构件的加工。,钢结构施工图的特点,1）一般钢板与钢结构的总体尺寸相差悬殊，按正常的比例关系是表达不出来的，但往往需要通过板厚来表达板材的相互位置关系或焊缝结构，因此在绘制板厚、型钢断面等小尺寸图形时，是按不同的比例夸大画出来的。2）为了表达焊缝位置和焊接结构，大量采用局部剖视和局部放大视图，要注意剖视和放大视图的位置和剖视的方向。,钢结构施工图的特点,3）为了表达板与板之间的相互关系，除采用剖视外，还大量采用虚线的表达方式，因此，图面纵横交错的线条非常多。4）连接板与板之间的焊缝一般不用画出，只标注焊缝代号。但特殊的接头形式和焊缝尺寸应该用局部放大视图来表达清楚，焊缝的断面要涂黑，以区别焊缝和母材。5）为了便于读图，同一零件的序号可以同时标注在不同的视图上。,2焊接结构图的读识方法,首先，阅读标题栏，了解产品名称、材料、重量、设计单位等，核对一下各个零部件的图号、名称、数量、材料等，确定哪些是外购件（或库领件），哪些为锻件、铸件或机加工件；再阅读技术要求和工艺文件。,焊接结构图的读识方法,正式识图时，要先看总图，后看部件图，最后再看零件图；有剖视图的，要结合剖视图弄清大致结构，然后按投影规律逐个零件阅读，先看零件明细表，确定是钢板还是型钢；最后再看图，弄清每个零件的材料、尺寸及形状，还要看清各零件之间的连接方法、焊缝尺寸、坡口形状，是否有焊后加工的孔洞、平面等。,能力知识点2 划线,划线是根据设计图样上的图形和尺寸，准确按1:1的比例在待下料的钢材表面上划出加工界线的过程。划线是结构制造中较为细致的工作，要求所划的零件尺寸和形状正确，并合理地使用钢材。因此划线前应看图样，明确零件的尺寸、形状和技术要求。,1划线的基本规则,1）垂线必须用作图法。2）使用划针或石笔划线时，应紧抵直尺或样板的边沿。3）使用圆规在钢板上划圆、圆弧或分量尺寸时，应先打上样冲眼，以防圆规尖滑动。4）平面划线应遵循先划基准线，后按由外向内，从上到下，从左到右的顺序划线的原则。,2划线用的工具及方法,（1）划线用的工具 划线常用的工具有划线平台、划针、划规、角尺、样冲、曲尺、石笔、粉线等。,（2）划线方法,划线可分为平面划线和立体划线两种。1）平面划线与几何作图相似，在工件的一个平面上划出图样的形状和尺寸。有时也可以采用样板一次划成。2）立体划线是在工件的几个表面上划线，亦即在长、宽、高三个方向上划线。划线的准确度，取决于作图方法的正确性、工具质量、工作条件、作图技巧、经验、视觉的敏锐程度等因素。,3划线时应注意的问题,1）熟悉结构的图样和制造工艺，根据图样检验样板、样杆，核对选用的钢号、规格是否符合要求。2）检查钢板表面是否有麻点、裂纹、夹层及厚度不均匀等缺陷。3）划线前应将材料垫平、放稳，划线时要尽可能使线条细且清晰，笔尖与样板边缘间不要内倾和外倾。,划线时应注意的问题,4）划线时应标注各道工序用线，并加以适当标记，以免混淆。5）弯曲零件时，应考虑材料的轧制纤维方向。6）钢板两边不垂直时，一定要去边；划尺寸较大的矩形时，一定要检查对角线。7）划线的毛坯，应注明产品的图号、件号和钢号，以免混淆。8）注意合理安排用料，提高材料的利用率。,4.基本线型的划法,（1）直线的划法1）直线长不超过1m可用直尺划线。划针尖或石笔尖紧抵钢直尺，向钢直尺的外侧倾斜1520划线，同时向划线方向倾斜。,直线的划法,2）直线长不超过5m用弹粉法划线。弹粉线时把线两端对准所划直线两端点，拉紧使粉线处于平直状态，然后垂直拿起粉线，再轻放。若是较长线时，应弹两次，以两线重合为准；或是在粉线中间位置垂直按下，左右弹两次完成。,3）直线超过5m用拉钢丝的方法划线，钢丝取0.5mm1.5mm。操作时，两端拉紧并用两垫块垫托，其高度尽可能低些，然后可用90角尺靠紧钢丝的一侧，在90下端定出数点，再用粉线以三点弹成直线。,直线的划法,（2）大圆弧的划法,放样或装配有时会碰上划一段直径为十几米甚至几十米的大圆弧，用一般的地规和盘尺不能适用，只能采用近似几何作图或计算法作图。,1）大圆弧的准确划法,已知弦长ab和弦弧距cd，先作一矩形abef（图3-6a），连接ac，并作ag垂直于ac（图3-6b），以相同数等分线段ad、af、cg，对应各点连线的交点用光滑曲线连接，即为所划的圆弧（图3-6c）。,图3-6 大圆弧的准确划法,2）大圆弧的计算法,计算法比作图法要准确得多，一般采用计算法求出准确尺寸后再划大圆弧。图3-7为已知大圆弧半径为R，弦弧距为ab，弦长为cg，求弧高（d为ac线上任意一点）。,图3-7 计算法作大圆弧,计算法作大圆弧,解:作ed的延长线至交点f。在oef中、oe=R,of=ad,所以 因为 df=ao=R-ab 所以,式中R、ab为已知，d为ac线上的任意一点，所以只要设一个ad长，即可代入式中求出de的高，e点求出后，则大圆弧可划出。,能力知识点3 放样,根据构件的图样，按1：1的比例或一定比例在放样台（或平台）上画出其所需要图形的过程称为放样。对于不同行业，如机械、船舶、车辆、化工、冶金、飞机制造等，其放样工艺各具特色，但就其基本程序而言，却大体相同。,1放样工具,（）放样平台 放样在放样平台上进行，放样平台的面积一般较大，以适应较大的产品或几种产品同时进行放样的需要。放样平台有钢质或木质，但普遍使用的是钢质，一般是由厚12mm以上的低碳钢板拼成。木质放样平台一般用70100mm厚的优质木材制成。放样平台应设在室内，光线要充足，便于看图和划线。,放样工具,（2）量具 放样使用的量具有钢卷尺、钢盘尺、钢直尺、90角尺、平尺等。（3）其他工具 在钢板上进行放样划线时，常用的工具还有划针、圆规、地规、粉线等。,2放样方法,放样方法主要有实尺放样、展开放样和光学放样。（1）实尺放样 根据图样的形状和尺寸，用基本的作图方法，以产品的实际大小划到放样台的工作称为实尺放样。,实尺放样,实尺放样前，应看清图样，分析结构设计是否合理，工艺上能否便于加工，并确定哪些线段可按已知尺寸直接划出，哪些线段需要连接条件才能划出。这些都应先确定放样基准，然后确定放样程序。,（2）展开放样,把各种立体的零件表面摊平的几何作图过程称为展开放样。构件的表面能全部摊平在一个平面上，而不发生撕裂或皱折，这种表面称为可展表面。属于这类表面的有平面立体、柱面和锥面等。可展表面的展开放样方法有：平行线展开法、放射线展开法和三角形展开法。,展开放样,构件表面不能自然平整展开摊在一个平面上的称为不可展表面。不可展表面有球面、正圆柱螺旋面等。这类表面通常采用计算方法，放样展开为近似平面。,（3）光学放样,光学放样是一种新工艺，方法是将构件图样按1：5或1：10的比例画在平台上，然后缩小510倍进行摄影。使用时，通过光学系统将底片放大10100倍在钢板上划线。这种方法具有减轻劳动强度、提高生产率、图样便于保存等优点。但是要求作图精度高，放样工作者必须具有熟练的画图技术。,3放样程序,放样程序一般包括结构处理、划基本线型和展开三个部分。1）结构处理又称结构放样，它是根据图样进行工艺处理的过程。一般包括确定各连接部位的接头形式、图样计算或量取坯料实际尺寸、制作样板与样杆等，还包括一些部件需要设计的胎具和胎架。,放样程序,2）划基本线型是在结构处理的基础上，确定放样基准和划出工件的结构轮廓。3）展开是在划基本线型的基础上，对工件上不能反映实形的立体部分，运用展开的基本方法将构件的表面摊开在平面上，求出其实形的过程。,能力知识点4 号料,在成批生产和重复次数较多时，为了提高生产率和节约原材料，一般先做成样板，用样板进行划线，即称号料。,1号料的方法,常用的号料方法有样板号料和草图号料。当图形比较复杂、曲线较多时，通常利用样板号料以提高质量和效率。而形状比较规则的矩形板、肋板等，则按草图号料或按号料卡片直接在钢材上号料。有时也可以采用样板号料和草图号料结合的方法号料。,号料的方法,修理金属结构产品零件或零件的局部时，也可以采用实物号料，利用实物作为样板进行划线。还有一些自动号料方法，例如，利用照相原理将感光材料涂刷或喷酒在钢板上，经曝光、显影、定影后，使线条部分的感光材料固着在钢板上以代替手工划线。还有利用电子计算技术将图形通过数学表达式输入数控自动绘图机绘出图形等。,2样板的制作,展开图完成后，就可以为下料制作样板，下料样板又称为号料样板，但不是必须的。如果焊接产品批量较大，每一个零件都去作图展开其效率会太低，而利用样板不仅可以提高划线效率，还可避免每次作图的误差，提高划线精度。在实际的生产中，样板一般用于板构件、样杆多用于型钢构件上。,图3-8 样板种类,样板按其用途可分为划线样板和检测样板两种。划线样板按其用途可分为展开样板、划孔样板和切口样板，如图3-8 所示。a)展开样板 b)划孔样板 c)切口样板 d)检测样板,样板的制作,零件数量多且精度要求较高时，可选用0.52mm的薄钢板制作样板。下料数量少、精度要求不高时，可用硬纸板、油毡纸等制作。制作样板时还应考虑工艺余量和放样误差，不同的划线方法和下料方法其工艺余量是不一样的。,3材料的合理利用,为了表示材料的利用程度，将零件的总面积与板料总面积之比称为材料的利用率。采用不同的排料方法会有不同的材料利用率。提高材料利用率的方法有集中号料法、长短搭配法、零料拼整法、排样套料法等。,材料的合理利用,集中号料法就是把不同尺寸的零件集中在一起，用小件填充大件的间隙，从而达到提高材料利用率的作用。长短搭配法适用于型钢号料。由于零件长度不一，而原材料又有一定的规格，号料时先将较长的料排出来，然后计算出余料的长度，根据余料的长度再排短料，从而使余料量最小。,材料的合理利用,零料拼整法是在工艺许可的条件下有意以小拼整。常用于尺寸较大的环形钢板件，通常把圆环分成1/3或1/4拼焊而成。排样套料法也称为空插套号法，即利用零件的形状特点设法把它们穿插在一起，或者在大件的里边划小件，或者改变排料方案等方法使材料利用率提高。如图3-9所示为支脚的几种排样套料实例。,图3-9支脚的排料套料实例,材料的合理利用,为了节约用料，应事先选择合适的钢板规格。尤其是在制作大型圆筒容器时，应在确定最佳方案后再选择钢板的规格。,综合知识模块三 钢材下料与边缘加工,能力知识点1 下料下料就是用各种方法将毛坯或工件从原材料上分离下来的工序。常用的下料方法有：锯割、砂轮切割、剪切、冲裁、热切割等。,1锯割,它所用的工具是锯弓和台虎钳。锯割可以分为手工锯割和机械锯割；手工锯割常用来切断规格较小的型钢或锯成切口。经手工锯割的零件用锉刀简单修整后可以获得表面整齐、精度较高的切断面。,2砂轮切割,砂轮切割是利用高速旋转的薄片砂轮与钢材摩擦产生的热量，将切割处的钢材变成“钢花”喷出并形成割缝的工艺。切割的速度比锯割快，但切口经加热后性能稍有变化。砂轮切割常用来切割断面尺寸较小的圆钢、钢管、角钢等。砂轮切割一般是手工操作，灰尘很大，劳动条件很差。,3剪切,剪切就是用上、下剪切刀刃相对运动来切断材料的加工方法。它是冷作产品制作过程中下料的主要方法之一。剪切一般在平口剪床、斜口剪床、龙门剪床、圆盘剪床等专用机床上进行。,（1）平口剪床,如图3-10所示的平口剪床，有上下两个刀刃，下刀刃固定在剪床的工作台的前沿，上刀刃固定在剪床的滑块上，由上刀刃的运动而将板料分离。因上下刀刃互相平行，故称为平口剪床。上、下刀刃与被剪切的板料整个宽度方向同时接触，板料的整个宽度同时被剪断，因此所需的剪切力较大。,图3-10 平口剪床剪切示意图,1上刀刃 2板料 3下刀刃 4工作台 5滑块,（2）斜口剪床,如图3-11所示的斜口剪床，其结构形式和工作原理与平口剪床相同，只是上刀刃呈倾斜状态，与下刀刃成一个角。与平口剪床相比，斜口剪床在剪切时只是某一部分材料受剪，随着刀刃的下降，板料的两部分连续地沿宽度方向逐渐分离。因此，在剪切过程中，所需要的剪切力比平口剪床小。,图3-11 斜口剪床剪切示意图,1上刀刃 2板料 3下刀刃 4工作台 5滑块,斜口剪床,由于上刀刃的下降将拨开已剪部分板料，使其向下弯、向外扭而产生如图3-12所示的弯扭变形，上刀刃倾斜角度越大，弯扭现象越严重。剪切引起变形量的大上与被剪切钢板的厚度和宽度有关，宽板、薄板变形小，窄板、厚板变形大。平口剪床和斜口剪床只能进行直线剪切。,图3-12 斜口剪床剪切弯扭现象示意图,（3）龙门剪床,龙门剪床主要用于剪切直线，它的刀刃比其它剪切机的刀刃长，能剪切较宽的板料，因此龙门剪床是加工中应用最广的一种剪切设备。常见剪板机型号的含义如下：,（4）圆盘剪床,圆盘剪床上的上下剪刀皆为圆盘状，如图3-13所示。,1上圆盘刀刃2板料 3下圆盘刀刃,圆盘剪床工作原理,剪切时上下圆盘刀以相同的速度旋转，被剪切的板料靠本身与刀刃之间的磨擦力而进入刀刃中完成剪切工作。圆盘剪床剪切是连续的，生产率较；能剪切各种曲线轮廓，但所剪板料的弯曲现象严重，边缘有毛刺。一般适于剪切较薄钢板的直线或曲线轮廓。,4冲裁,冲裁是利用模具使板料分离的冲压工艺方法。根据零件在模具中的位置不同，冲裁分为落料和冲孔：当零件从模具的凹模中得到时称为落料；而在凹模外面得到零件时称为冲孔。,冲裁原理,冲裁的基本原理和剪切相同，板料分离的过程分为三个阶段，即弹性变形、塑性变形和断裂。但由于凹模通常是封闭曲线，因此零件对刃口有一个张紧力，使零件和刃口的受力状态都与剪切不同。,（1）冲裁模,冲裁是利用安装在冲裁模上的凸凹模来实施的，冲裁模的结构形式很多，常用的有简单冲裁模和导柱冲裁模。如图3-14所示的简单冲裁模，它在冲床上每一次行程只能完成冲孔或落料一道工序。结构简单，制造容易，适用于生产批量不大、精度要求不高、外形简单的零件冲裁。,图3-14 简单冲裁模,1凸模固定板2退料橡皮3凸模 4凹模 5下模板 6挡料板,导柱冲裁模,图3-15所示是导柱冲裁模，这种冲裁模具有安装方便、使用寿命长的特点，但制作复杂，一般适用于大批量的零件冲裁。,图3-15 导柱冲裁模,1上模板 2凸模 3导柱 4凹模5下模板 6导套 7卸料板 8定位销,（2）冲裁间隙,冲裁间隙是指冲裁模的凸模与凹模刃口之间的间隙，如图3-16所示。,冲裁间隙,设凹模刃口尺寸为D，凸模刃口尺寸为d，冲裁间隙Z用下式表示，即Z=D-d冲裁间隙Z的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，它是冲裁工艺与模具设计中的一个重要的工艺参数。冲裁时，如果间隙合适，那么产生的冲裁断面比较平直、光洁、毛刺较小，工件的断面质量较好。,冲裁间隙,间隙过小，零件的尺寸精度会有所提高，但冲裁力增加，对设备能力要求提高，模具磨损加剧；间隙过大，零件的弯曲变形加大，尺寸精度降低，断口的塌角和毛刺加大。因此，应根据零件精度、模具寿命、设备能力要求等因素进行综合分析，确定一个合理的冲裁间隙值。,（3）合理排样,在实际生产中，排样方法可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种，如图3-17所示。a)有废料排样 b)少废料排样 c)无废料排样1零件 2废料,图3-18 搭边及边距,排样时，工件与工件之间或孔与孔间的距离称为搭边。工件或孔与坯料侧边之间的余量称为边距。图3-18中，b为搭边，a为边距。,搭边及边距,搭边和边距的作用，是用来补偿工件在冲压过程中的定位误差的。同时，搭边还可以保持坯料的刚度，便于向前送料。生产中，搭边及边距的大小，对冲压件质量和模具寿命均有影响。搭边及边距若过大，材料的利用率会降低；若搭边和边距太小，在冲压时条料很容易被拉断，并使工件产生毛刺，有时还会使搭边拉入模具间隙中。,5热切割,（）气割 利用氧乙炔气体火焰将被切割金属预热到燃点后，向此处喷射高压氧气流，使达到燃点的金属在切割氧流中燃烧，从而形成熔渣，并借助切割氧的吹力将熔渣吹掉。同时，金属燃烧时产生的热量和预热火焰一起，又把邻近的金属预热到燃点，将割炬沿切割线以一定的速度移动，即可形成割缝，使金属分离。预热火焰通常采用中性焰或轻微氧化焰。,金属气割应具备的条件,1）金属的燃点必须低于其熔点，这是保证切割在燃烧过程中进行的基本条件。否则，切割时便成了金属先熔化后燃烧的熔割过程，使割缝过宽，而且极不整齐。2）金属氧化物的熔点低于金属本身的熔点，同时流动性要好。否则，将在割缝表面形成固态熔渣，阻碍氧气流与下层金属接触，使气割不能进行。,金属气割应具备的条件,3）金属燃烧时应放出较多的热量。满足这一条件，才能使上层金属燃烧产生的热量对下层金属起预热作用，使切割过程能连续进行。4）金属的导热性不应过高。散热太快会使割缝金属温度急剧下降，达不到燃点，使气割中断。如果加大火焰能率，又会使割缝过宽。,综合上述可知：纯铁、低碳钢、中碳钢和普通低合金钢能满足上述条件，所以能顺利地进行氧气切割。金属的氧气切割，由于设备简单，操作方便，生产率较高，切割质量较好，成本较低，可以切割厚度大、形状复杂的零件，已经成为金属加工中一种较为有效的工艺，被广泛地应用。氧气切割可分为手工气割、半自动气割、仿形气割、光电跟踪气割、数控气割等。,（2）等离子弧切割,等离子弧切割是利用高温高速等离子弧，将切口金属及氧化物熔化，并将其吹走而完成切割过程。等离子弧切割属于熔化切割，这与气割在本质上是不同的。由于等离子弧的温度和速度极高，所以任何高熔点的氧化物都能被熔化并吹走，因此可切割各种金属。目前主要用于切割不锈钢、铝、镍、铜及其合金等金属和非金属材料。,等离子弧切割可采用转移型电弧或非转移型电弧。非转移型等离子弧适宜于切割非金属材料，但由于焊件不接电，电弧挺度差，若用它切割金属材料，其切割厚度小。因此，切割金属材料通常都采用转移型等离子弧。一般的等离子弧切割不用保护气，工作气体和切割气体从同一喷嘴内喷出。引弧时，以喷出的小气流离子气体作为电离介质，切割时，同时喷出大气流气体以排除熔化金属。,（）数控切割,数控切割是利用电子计算机控制的自动切割，它能准确地切割出直线与曲线组成的平面图形，也能用足够精确的模拟方法切割其它形状的平面图形。数控气割的精度很高，其生产率也比较高，它不仅适用于成批生产，而且也更适合于自动化生产。,数控切割,数控切割是由数控切割机来实现的，该机主要由两大部分组成：1）数字程序控制系统（包括稳压电源、光电输入机、运算控制小型电子计算机等）2）执行系统（即切割机部分）。,（）激光切割,利用激光束的热能将被切工件切缝区熔化和气化，同时用辅助气体排除熔化物从而形成割缝。按产生激光束的原理不同，有固体、气体和半导体激光器等，切割大都采用CO2气体激光器产生的激光。切割用的辅助气体随被切材料而异，可使用惰性或中性气体。,激光切割,对一般金属的切割，则采用氧气，此时，激光束使金属预热、熔化到燃点，然后在吹出的氧气流中燃烧，熔渣被氧气流吹走，从而形成割缝。目前限于设备条件，工业上还仅限于将激光切割头装在数控切割机上实现薄板的机械化自动切割。,能力知识点2 钢材边缘的加工,切割下料的金属毛坯在下列情况下还需进行边缘加工：为保证装配的精度；为了去除不良的边缘（如气割的热影响区和剪切的冷作硬化区）；毛坯倒角和加工焊接坡口等。边缘加工的方法有车、刨、气割、碳弧气刨、铲等。,钢板的边缘加工方法,钢板的边缘加工，主要是指焊接结构件的坡口加工，常用的方法有机械切割和气割两类。采用机械加工方法可加工各种形式的坡口，如I、V、U、X及双U形等。但也可用热切割方法切割坡口。如用自动或半自动切割设备，同时使用13把割炬，一次可切割出I、V和X形坡口。,机械加工坡口的设备,机械加工坡口常用的设备有：刨边机、坡口加工机和铣床、车床等各种通用机床。刨边机可加工各种形式的直线坡口，尺寸准确，不会出现加工硬化和热切割中的淬硬组织与熔渣等；适合低合金高强度钢、高合金钢以及复合钢板、不锈钢的加工；缺点是机器外廓尺寸大、价格较贵。,坡口加工机,坡口加工机体积小，结构简单、操作方便，工效是铣床或刨床的20倍。所加工的板材，除厚度外，在理论上不受直径、长度、宽度的限制。缺点是受铣刀结构的限制，不能加工U形坡口及坡口的钝边。如图3-19所示为坡口加工机。,图3-19 坡口加工机,1控制柜 2导向装置 3床身 4压紧和防翘装置 5铣刀 6工作台,综合知识模块四 弯曲与成形,在焊接结构制造中，弯曲与成形加工占有相当大的份量。制造某些焊接结构时，金属材料的80%90%需要进行弯曲与成形加工，如压力容器等。大多数金属材料的弯曲和成形加工是在冷态（常温）下进行的，在一定条件下也可以进行加热弯曲与成形。,能力知识点1 弯曲成形,1钢材弯曲变形过程弯曲成形加工所用坯料通常为钢材等的塑性材料；材料的变形过程分为初始阶段、塑性变形阶段和断裂阶段。,（1）初始阶段,坯料在外弯曲力矩的作用下将发生弯曲变形。坯料变形区内，内层金属被压缩缩短，外层金属被拉伸伸长。在初始阶段，外弯矩的数值不大，坯料内应力的数值小于材料的屈服点，仅使坯料发生弹性变形。,（2）塑性变形阶段,当外弯矩的数值继续增大时，坯料的曲率半径也随之缩小，材料内应力的数值开始超过其屈服点，坯料变形区的内表面和外表面首先由弹性变形状态过渡到塑性变形状态，以后塑性变形由内、外表面逐步向中心扩展。,（3）断裂阶段,坯料发生塑性变形后，若继续增大外弯矩，待坯料的弯曲半径小到一定程度，将因变形超过材料自身变形能力的限度，在坯料受拉伸的外层表面，首先出现裂纹，并向内伸展，致使坯料发生断裂破坏。,板料弯曲后，在弯曲区内厚度一般要变薄，并产生冷作硬化，因此刚度增加，弯曲区内的材料显得又硬又脆。所以如果反复弯曲，或弯曲圆角太小时，由于拉压及冷作硬化很易断裂。因此，对弯曲次数和圆角半径要加以限制。,断裂阶段,2最小弯曲半径,（1）最小弯曲半径的定义 最小弯曲半径，一般是指材料在不发生破坏的情况下所能弯曲的最小曲率半径。弯曲时，最小弯曲半径受到板料外层最大许可拉伸变形程度的限制，超过这个变形程度，板料将产生裂纹。因此，板料的最小弯曲半径是设计弯曲件、制订工艺规程所必须考虑的一个重要问题。,（2）影响材料最小弯曲半径的因素,1）材料的力学性能。材料的塑性越好，其允许变形程度越大，则最小弯曲半径可以越小。2）弯曲角。在相对弯曲半径r/相同的条件下，弯曲角越小，材料外层受拉伸的程度越小而不易弯裂，最小弯曲半径可以取较小值。反之，弯曲角越大，变形增大，外表面拉伸加剧，最小弯曲半径也应增大。,影响材料最小弯曲半径的因素,3）材料的方向性。轧制的钢材形成各向异性的纤维组织，钢材平行于纤维方向的塑性指标比垂直于纤维方向的塑性指标大。因此，当弯曲线与纤维方向垂直时，材料不易断裂，弯曲半径可以小些。,4）材料的表面质量和剪断面质量。当材料剪断面质量和表面质量较差时，弯曲时易造成应力集中使材料过早破坏，这种情况下应采用较大的弯曲半径。5）其他因素。材料的厚度和宽度等因素也对最小弯曲半径有影响。如薄板可以取较小的弯曲半径，窄板料也可取较小的弯曲半径。,影响材料最小弯曲半径的因素,材料最小弯曲半径,在一般情况下，弯曲半径应大于最小弯曲半径。若由于结构要求等原因，弯曲半径必须小于或等于最小弯曲半径时，应该分两次或多次弯曲，也可采用热弯或预先退火的方法，以提高材料的塑性。,3金属材料的回弹现象,通常金属材料在发生塑性变形时，仍还有部分弹性变形存在。而弹性变形部分在卸载时（除去外弯矩）要恢复原来状态，使弯曲件的曲率和角度发生变化，这种现象叫做回弹。回弹现象的存在，直接影响弯曲件的几何精度，必须加以控制。,（1）影响回弹的主要因素,1）材料的屈服点越高，弹性模量越小，加工硬化越激烈，弯曲变形的回弹越大。2）材料的相对弯曲半径r/越大，材料变形程度就越小，则回弹越大。3）在弯曲半径一定时，弯曲角越大，表示变形区长度越大，回弹也越大。4）零件的形状、模具的构造、弯曲方式及弯曲力的大小等，对弯曲件的回弹也有一定的影响。,（2）减小回弹的主要措施,1）将凸模角度减去一个回弹角，使板料弯曲程度加大，板料回弹后恰好等于所需要的角度。2）采取校正弯曲，在弯曲终了时进行校正，即减小凸模的接触面积或加大弯曲部件的压力。3）减小凸模与凹模的间隙。4）采用拉弯工艺。5）在必要时，若条件允许可采用加热弯曲。,能力知识点2 板材、型材的展开长度的计算,1板材展开长度计算 求展开料长都是先确定中性层，再通过作图和计算，将断面图中的直线和曲线逐段相加得到展开长度。,中性层的确定,钢板弯曲时，中性层的位置随弯曲变形的程度而定：当弯曲的内半径r与板厚之比大于5时，中性层的位置在板厚中间，中性层与中心层重合(多数弯板属于这种情况)；当弯曲的内半径r与板厚之比小于等于5时，中性层的位置向弯板的内侧移动，中性层半径可由经验公式求得：R=r+K,中性层的确定,式中 R中性层的曲率半径；r弯板内弧的曲率半径；钢板的厚度；K中性层系数,其值查表3-4。,表3-4 中性层位置系数K,板的展开长度计算,例1 计算图3-20所示圆角U形板料长。已知r=60mm，=20mm，L1=200mm，L2=300mm，=120，求L=?,U形板的展开长度计算,解：,2圆钢料长计算,圆钢弯曲的中性层一般总是与中心线重合，所以圆钢的料长可按中心线计算。,如图3-21所示，已知尺寸A、B、d、R，则展开长度应是直段长度和圆弧段长度之和。,展开长度为：式中 L展开长度；A直段长度；R内圆角半径；d圆钢直径。,图3-21 圆钢弯曲展开长度的计算,例2 图3-21中，已知A=400mm，B=300mm，d=20mm，R=100mm，求它的展开长度。,圆钢料长计算,解：根据长度展开长度公式本题的展开长度为：,3角钢展开长度的计算,角钢的断面是不对称的，所以中性层的位置不在断面的中心，而是位于角钢根部的重心处，即中性层与重心线重合。设中性层离开角钢根部的距离为z0，z0值与角钢断面尺寸有关，可从有关表格中查得。等边角钢弯曲料长计算见表3-5。,表3-5 等边角钢弯曲料长计算,角钢内弯展开长度计算,例3 已知等边角钢内弯，两直边L1=450mm，L2=350mm，角钢外弧半径R=120mm，弯曲角度=120，等边角钢为70mm70mm7mm，求展开长度L。解：查表得Z0=19.9mm展开长度,角钢外弯展开长度计算,例3 已知等边角钢外弯，两直边L1=550mm，L2=450mm，角钢内弧半径R=80mm，弯曲角度=150，等边角钢为63mm63mm6mm，求展开长度L。解：查表得Z0=17.8mm展开长度,能力知识点3 卷板,通过旋转辊轴使坯料(钢板)弯曲成形的方法称滚弯，又称卷板，板材卷弯如图3-22所示。,卷板工艺的原理,滚弯时，钢板置于卷板机的上、下辊轴之间，当上辊轴下降时，钢板便受到弯矩的作用而发生弯曲变形。由于上、下辊轴的转动，通过辊轴与钢板间的摩擦力带动钢板移动，使钢板受压位置连续不断地发生变化，从而形成平滑的曲面，完成滚弯成形工作。钢板滚弯由预弯（压头）、对中、滚弯三个步骤组成。,1预弯,卷弯时只有钢板与上辊轴接触的部分才能得到弯曲，所以钢板的两端各有一段长度不能发生弯曲，这段长度称为剩余直边。剩余直边的大小与设备的弯曲形式有关，对称弯曲时剩余直边约为板厚的620倍，不对称弯曲时为对称弯曲