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1、YCF（中职）焊接结构与制造第3章教学课件第第3 3章章 焊接结构备料及成型加工焊接结构备料及成型加工3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料3.3 3.3 弯曲与成型弯曲与成型3.4 3.4 冲压成型冲压成型复习思考题复习思考题实践练习实践练习下一页返回第第3 3章章 焊接结构备料及成型加工焊接结构备料及成型加工 焊接结构的零件绝大多数以金属轧制材料(板料和型材)为坯料，少部分以铸件，锻件和冲压件为毛坯。后者除部分需机加工外，大多数可直接焊接，但用轧制材料制造焊接结构零件毛坯，在装配焊接之前必须经过一系列的加工，包括矫正(校直)、画
2、线(号料)，切割(下料)、边缘加工、成型及弯曲、焊前坡口清理，等等。这些工序是必不可少的，其重要性在于材料加工的质量将直接或间接影响产品质量和生产效率。金属材料加工的工作量在焊接生产中占有相当大的比重，如在重型机械焊接结构中占全部加工工时的25%60%。因此提高材料加工工艺的机械化水平，采用先进的加工方法，对提高加工质量和劳动生产率有着重要作用。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理 钢材受外力、加热等因索的影响，表面会产生弯曲、扭曲、波浪等变形缺陷;另外，钢材因存放不妥和其他因索的影响，表面也会产生铁锈、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
3、钢材进行矫正及预处理。3.1.13.1.1钢材变形的原因钢材变形的原因 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，由于轧辊调节机构失灵等使轧辊的间隙不一致，导致板料在宽度方向的压缩不均匀，延伸较多的部分受延伸较少部分的拘束产生压应力，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。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理 (2)钢材因运输和不正确堆放产生
4、的变形。焊接结构使用的钢材，均是较长、较大的钢和型材，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。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，靠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或大于表3-1中的允许偏差时，划线前必须进行矫正。上一页 下一页返回3
5、.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理3.1.23.1.2钢材的矫正原理钢材的矫正原理 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，如图3-1(a)所示。钢材弯曲后，各层纤维长度不一致，即abcd，如图3-1(b)所示。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。3.1.3 3.1.3 钢材的矫正方法钢材的矫正方法 矫正钢材变形的方法较多，根据外力的性质分为手工矫正、机械矫正、火焰矫正及高频热点矫正四种。1.手工矫正
6、 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，常用于矫正尺寸较小的薄板钢材。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理 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，应用比较广泛。4.高频热点矫正 高频热点矫正是在火焰矫正的基础上发展起
7、来的一种新工艺。高频热点矫正的原理是:通人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(即涡流)，使钢材局部的温度立即升高，从而进行加热矫正。加热的位置与火焰矫正相同，加热区域的大小取决于感应圈的形状和尺寸。感应圈一般不官过大，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4 5 s,温度为800左右。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理3.1.43.1.4钢板及型钢的矫正钢板及型钢的矫正 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
8、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。下排轴辊是主动轴辊，由电动机带动旋转;上排轴辊是从动轴辊，能做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，以引导板料出人矫正机。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。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理 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
9、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做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。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。(1)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，矫正型钢通过上下两列辊轮之间反复地弯曲，使型钢中原来各层纤维不相等的变为相以达到矫正的目的。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理 图3-3(a)所示为型钢矫正机的工原理。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
10、电动机变速后带动;上辊轮为从动轮，可通过调节机构做上下调节，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做相应的调换，如图3-3(b)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，做周期性的往复运动，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型。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理 (3)压力机矫正。钢板和型钢变形后，可以通过
11、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。3.1.53.1.5钢材矫正方法的选择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。(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。上
12、一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理3.1.63.1.6钢材的预处理钢材的预处理 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。喷砂系统如图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
13、储存在砂斗6中的砂粒经放砂旋塞3吸人并与空气混合，然后经软管生从喷嘴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。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理 (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0.50.8 mm(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。钢材经喷砂或抛丸除锈后，随
14、即进行防护处理，其步骤如下。用经过净化的压缩空气将原材料表面吹净。涂刷防护底漆或浸人钝化处理槽中，做钝化处理，用10%磷酸锰铁水溶液处理10 min，或用2%亚硝酸溶液处理1 min。将涂刷防护底漆后的钢材送入烘干炉中，用70的热空气进行干燥处理。上一页 下一页返回3.1 3.1 钢材的矫正及预处理钢材的矫正及预处理 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。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。该工艺过程，一般是将配制好的碱溶液装
15、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。上一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料3.2.1 3.2.1 识图与划线识图与划线 1.钢结构施工图的特点 图样是工程的语言，读懂和理解图样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，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。(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，是按不同的比例放大imp出来的。(2)为了表达焊缝位置和焊接结构，大量
16、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。(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。下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 (4)连接板与板之间的焊缝一般不用画I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
17、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。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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 3.划线 划线是根据设计图样上的图形和尺寸，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
18、样，明确零件的尺寸、形状和技术要求。(1)划线的基本规则。垂线必须用作图法。使用划钊或石笔划线时，应紧抵直尺或样板的边沿。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。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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 (2)划线用的工具及方法。划线用的工具。划线常用的工具有划线平台、划钊、划规、角尺、样冲、曲尺、石笔、粉线等。划线方法。划线可分为平面划线和立体划线两种。a.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。b.立体划线
19、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索。(3)划线时应注意的问题。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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 检查钢板表面是否有麻点、裂纹、夹层及厚度不均匀等缺陷。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，针尖与样板边缘间不要内倾或外倾。划线时应标注各道工序用线，并加以适当标记，以免混淆。弯曲零件时，应考虑材料的轧制纤维方向。钢板两边不垂直时，一定要去边;对于尺
20、寸较大的矩形，一定要检查对角线。划线的毛坯，应注明产品的图号、件号和钢号，以免混淆。注意合理安排用料，提高材料的利用率。(4)基本线型的划法。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 直线的划法。a.直线长不超过1 m可用直尺划线。划钊尖或石笔尖紧抵钢直尺，向钢直尺的外侧倾斜150200划线，同时向划线方向倾斜。b.直线长不超过5m用弹粉法划线。弹粉划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。c.直线超过5m用拉钢丝的方法划线，钢丝取 。操作时，
21、两端拉紧并用两垫块垫托，其高度尽可能低些，然后可用900角尺靠紧钢钟的一侧，在900下端定出数点，再用粉线以三点弹成直线。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，因此，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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 a.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3一6(a)，连接ac，并作ag垂直于ac图3-6 (b)，以相同数(图上为4等份)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3-6(c)。b.大圆弧的计算法。计算法比
22、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。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)。解:作ed的延长线至交点f。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料3.2.23.2.2放样放样 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 (1)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
23、有钢质和木质两种，但普遍使用的是钢质，一般是由厚12 mm以上的低碳钢板拼成。木质放样平台一般用70100 mm厚的优质木材制成。样平台应设在室内，光线要充足，便于看图和划线。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 (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上的工作称为实尺放样。实尺放样前，应看清图样，分析结构设计是否合
24、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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 构件的表面能全部平整地摊平在一个平面上，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。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。不可一展表面有球面、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)
25、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ILI在平台上，然后缩小5 10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ILI图技术。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 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。(
26、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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料3.2.33.2.3号料号料 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
27、料和草图号料结合的方法。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洒在钢板上，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人数控自动绘图机绘出图形等。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 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，还口1避免每次作图的误差，提高划线精
28、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。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、划孔样板和切日样板，如图3-8所示。零件数量多且精度要求较高时，可选用0.5一2 mm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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 3.材料的合理利用 为了表不材料的利用程度，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
29、有集中号料法、长短搭配法、零料拼整法、排样套料法等。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。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焊而成。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 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
30、料利用率提高。如图3-9所示为支脚的几种排样套料实例。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。3.2.43.2.4下料下料 下料就是将毛坯或工件从原材料上分离下来的工序，常用的下料方法如下。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，手工锯割常用来切规格较小的型钢或锯成切日。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，将上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 切割处的钢材变成“钢花”喷出
31、并形成割缝的工艺。砂轮切割可以切割尺寸较小的型钢、不锈钢、轴承钢型材。切割的速度比锯割快，但切日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。但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，有上下两个切削刃，下切削刃固定在剪床的工作台的前沿，上切削刃固定在剪床的滑块上。由上切削刃的运动而将板料分离。因上下切削刃互相平行，故称为平口剪床。上、下切削刃与被
32、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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 (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，只是上切削刃呈倾斜状态，与下切削刃成一个R角。与平口剪床相比，斜口剪床在剪切时并非沿板料的整个宽度同时剪切分离。而只是某一部分材料受剪，随着切削刃的下降，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。由于上切削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，上切削刃倾斜角度越大，弯扭现象越严重。剪切
33、引起变形量的大小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。(3)龙门剪床。龙门剪床主要用于直线剪切，它的切削刃比其他剪切机的切削刃长，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:上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 (2)圆盘剪床。圆盘剪床上的上下剪刀皆为圆盘状，如图3-13所示剪切时上下圆盘刀以相同的速度旋转，被剪切的板靠本身与切削刃之间的摩擦力而进入切削刃中完成剪切工作。圆盘剪床剪切是连续的，生产率较高，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
34、刺，一般适合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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 (1)冲裁模。冲裁是利用安装在压力机上的冲裁凸凹模来实施的，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
35、床上每一次行程只能完成冲孔或落料一道工序。其结构简单，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3-15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。(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。凹模刃口尺寸为D,凸模刃口尺寸为d，冲裁间隙Z用下式表不，即：上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 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
36、刺较小，工件的断面质量较好。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、设备能力要求等因索进行综合分析，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。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。如图3-18所示,b为搭边，a为边上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 距。搭边和边距的作用，是用来补偿工件在冲压过
37、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 (1)气割。利用氧一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
38、条件如下。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 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。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。金属燃烧时应放出较多的热量。满足这一条件时，上层金属燃烧产生的热量才能对下层金属起预热作用，使切割过程连续进行。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
39、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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 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，得到了广泛应用。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，将切日金属及氧化物熔化，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
40、金属。目前主要用于切割不锈钢、铝、镍、铜及其合金等金属材料和非金属材料。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官于切割非金属材料，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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 (3)数控切割。近年来，焊接生产中的下料工艺有了重大进步，表现为热切割工艺和设备得到很大发展。热切割设备由各种小型的半
41、自动机械、直角坐标仿形、光电跟踪仿形发展到数控的各种大、中型全自动切割机。特别是微机控制的数控全自动切割机和编程机的发展和广泛应用，使划线、号料和下料三工序合并，大大提高切割质量，包括零件的外观质量、尺寸精度、形位精度，为装配一焊接等后续工序的高质量提供良好条件，解决了某些难于机加工的弧形曲线外轮廓零件和大厚度钢板零件的切割加工。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他形状的平面图形。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，而且适合于自动化生产。是由数控切割机来实现的，该机主要由两大部分组成:数字程序
42、控制(包括稳压电源、光电输人机、运算控制小型电子计算机等)和执行系统(即切割机部分)。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 目前国内陆续有一批自动编程套料系统软件问世并投入使用，整个系统一般分为编程、套料两大模块。编程模块能够提供零件的生成、计算、绘图、显不、编辑、储存、打印和穿孔等功能，有的还具有指针动态式编译功能、三维零件的展开等，自动提供切割引人线。套料模块是在编程模块基础上，利用计算机专用软件在屏幕上进行排料设计，分人机和自动两种套料。前者通过人机交互式，把多个零件通过平移、旋转多种手段，排在板材最合适位置上，达到最大程度利用板材的套料切割目的。后者则是自
43、动从零件库提取与钢板面积大致相等的一批零件自动完成多种编排方案，显然它有较高的工作效率。(2)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。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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 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
44、化自动切割。3.2.3.2.板料的边缘加工板料的边缘加工 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，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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料 机械加工坡口常用的设备有刨边机
45、、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。上一页 下一页返回3.2 3.2 划线、放样与下料划线、放样与下料3.2.63.2.6碳弧气刨加工碳弧气刨加工 碳弧气刨是目前已被广泛应用的一种坡口加工方法，是利用碳极电弧的高
46、温，将金属局部加热到熔化状态，同时再用压缩空气的气流将熔化金属吹掉，以达到刨削金属的目的。图3-20为碳弧气刨T意图，图中碳棒1为电极，刨钳2为夹持碳棒。气刨时，刨钳接正极，工件接负极，电弧在碳棒和工件之间产生，并熔化工件;压缩空气气流及时将熔化的金属吹走，从而完成刨削。图3-20中箭头工表不刨削方向，箭头且表不碳棒进给方向。碳棒与工件的倾角开始时取150300，然后逐渐增加到250400，即可进行正常刨削。图3-21为碳弧气刨枪结构图。使用时，应尽可能顺风操作，防止铁水及熔渣烧损工作服及烫伤体肤。操作结束后，应先断弧，过几秒钟后再关闭气阀。碳弧气刨开坡口效率高，特别适用于仰、立位的刨切，无很
47、大的噪声，工人的劳动强度较低。碳弧气刨在焊接生产中主要用于清根、刨除焊接缺陷、开坡口等。碳弧气刨在生产中会产生一定的烟雾，所以应注意通风。上一页返回3.3 3.3 弯曲与成型弯曲与成型 在焊接结构制造中，弯曲与成型加工占有相当大的分量。制造某些焊接结构时，金属材料的80%90%需要进行弯曲与成型加工，如压力容器，各种石油塔、罐、球形封头及锅炉的锅筒等。大多数金属材料的弯曲和成型加工是在冷态(常温)下进行的，在一定条件下也可以进行加热弯曲与成型。3.3.13.3.1弯曲成型弯曲成型 1.钢材弯曲变形过程 弯曲成型加工所用坯料通常为钢材等的塑性材料，这些材料的变形过程如下。(1)初始阶段。坯料在力
48、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，造成内层与外层之间，存在一个既不伸长也不缩短的层面，称为中性层(图3-22)。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。下一页返回3.3 3.3 弯曲与成型弯曲与成型 (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、外表面逐步向中心打展。(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
49、料自身变形能力的限度，在坯料受拉伸的外层表面先出现裂纹，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。上一页 下一页返回3.3 3.3 弯曲与成型弯曲与成型 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
50、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索。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。弯曲角a。在相对弯曲半径r/相同的条件下，弯曲角a越小，材料外层受拉伸的程度越小而不易断裂，最小弯曲半径可以取较小值。反之，弯曲角a越大，变形增大，外表面拉伸加剧，最小弯曲半径也相应增大。上一页 下一页返回3.3 3.3 弯曲与成型弯曲与成型 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。零件弯曲线与材料纤维方向的关系如图3-23所示。