焊接結(jié)構(gòu)-第三單元課件

1、 學(xué)習(xí)目標(biāo)： 通過學(xué)習(xí)了解鋼板的矯正及預(yù)處理方法； 掌握零件的劃線、放樣號料、下料與邊緣加工的方法； 掌握零件加工中的幾種常用的成形工藝。 鋼材受外力、加熱等因素的影響，會使表面產(chǎn)生不平、彎曲、扭曲、波浪等變形缺陷； 另外，鋼材因存放不妥和其他因素的影響，也會使鋼材表面產(chǎn)生鐵銹、氧化皮等。 這些都將影響零件和產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，必須對變形鋼材進(jìn)行矯正及預(yù)處理。 引起鋼材變形的原因很多，從鋼材的生產(chǎn)到零件加工的各個環(huán)節(jié)，都可能因各種原因而導(dǎo)致鋼材的變形。 鋼材的變形原因主要有以下幾個方面： 鋼材在軋制過程中可能產(chǎn)生殘余應(yīng)力而導(dǎo)致變形。 例如，在軋制鋼板時，由于軋輥的間隙不一致，導(dǎo)致板料在寬度方向的

2、壓縮不均勻，延伸較多的部分受到拘束產(chǎn)生壓應(yīng)力，而延伸較少部分產(chǎn)生拉應(yīng)力。 因此，延伸較多的部分在壓應(yīng)力作用下可能產(chǎn)生失穩(wěn)而導(dǎo)致變形。 焊接結(jié)構(gòu)使用的鋼材，均是較長、較大的鋼板和型材， 如果吊裝、運(yùn)輸和存放不當(dāng)， 鋼材就會因自重而產(chǎn)生彎曲、扭曲和局部變形。 鋼材在劃線以后，一般要經(jīng)過氣割、剪切、沖裁、等離子弧切割等工序。 而氣割、等離子弧切割過程，是對鋼材的局部進(jìn)行加熱使其分離的過程。 對鋼材的不均勻加熱必然會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，進(jìn)而導(dǎo)致鋼材產(chǎn)生變形，尤其是在氣割窄而長的鋼板時，邊上的一條鋼板彎曲得最明顯。 在剪切、沖裁等工序時，由于工件的邊緣受到剪切，必然產(chǎn)生很大的塑性變形。 綜上所述，造成鋼材變形

3、的原因是多方面的。 當(dāng)鋼材的變形大于技術(shù)規(guī)定時，劃線前必須進(jìn)行矯正。 名 稱簡 圖允許偏差（mm）鋼板、扁鋼的局部撓度表3-1圖114 f114 f1.5角鋼、槽鋼、工字鋼、管子的垂直度表3-1圖2角鋼兩邊的垂直度工字鋼、槽鋼翼緣的傾斜度 1鋼材的矯正原理鋼材的矯正原理 鋼材在厚度方向上可以假設(shè)是由多層纖維組成的。 鋼材平直時，各層纖維長度都相等，即ab=cd，見圖3-1a。 鋼材彎曲后，各層纖維長度不一致，即abcd，見圖3-1b。 可見，鋼材變形的原因就是其中一部分纖維與另一部分纖維長短不一致。 矯正就是采用加壓或加熱的方式，把已伸長的纖維縮短，把縮短的纖維伸長，最終使鋼板厚度方向的纖維趨

4、于一致。 圖3-1 鋼材平直和彎曲時纖維長度的變化 a)平直 b)彎曲 根據(jù)外力的性質(zhì)不同，可分為如下四種：（1）手工矯正 手工矯正是采用手工工具，對已變形的鋼材施加外力，以達(dá)到矯正變形的目的。 手工矯正由于矯正力小、勞動強(qiáng)度大、效率低，所以常用于矯正尺寸較小的薄板鋼材。 機(jī)械矯正使用的設(shè)備有專用設(shè)備和通用設(shè)備。 專用設(shè)備有鋼板矯正機(jī)、圓鋼與鋼管矯正機(jī)、型鋼矯正機(jī)、型鋼撐直機(jī)等； 通用設(shè)備指一般的壓力機(jī)、卷板機(jī)。 火焰矯正是利用火焰對鋼材的伸長部位進(jìn)行局部加熱，使其在較高溫度下發(fā)生壓縮塑性變形，冷卻后收縮而變短，從而使鋼材的變形得到矯正。 火焰矯正操作方便靈活，所以應(yīng)用比較廣泛。 是在火焰矯正

5、的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新工藝。 高頻熱點(diǎn)矯正的原理是：通入高頻交流電的感應(yīng)圈產(chǎn)生交變磁場，當(dāng)感應(yīng)圈靠近鋼材時，鋼材內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流（渦流），使鋼材局部的溫度立即升高，從而進(jìn)行加熱矯正。 加熱的位置與火焰矯正時相同，加熱區(qū)域的大小取決于感應(yīng)圈的形狀和尺寸。 感應(yīng)圈一般不宜過大，否則加熱慢； 加熱區(qū)域大，也會影響加熱矯正的效果。 一般加熱時間為45s，溫度約800左右。 （1）鋼板的矯正 鋼板的矯正主要是在鋼板矯正機(jī)上進(jìn)行的。 當(dāng)鋼板通過多對呈交錯布置的軸輥時， 鋼板發(fā)生多次反復(fù)彎曲， 使各層纖維長度趨于一致，從而達(dá)到矯正的目的。 圖3-2所示為鋼板矯正機(jī)的工作原理。 下排軸輥是主動軸輥，由電動機(jī)

6、帶動旋轉(zhuǎn)； 上排軸輥是被動的，能作上下調(diào)節(jié)以適應(yīng)矯正不同厚度的鋼板。 一般兩端的軸輥是導(dǎo)向輥，能單獨(dú)上下調(diào)節(jié)，以引導(dǎo)板料出入矯正機(jī)。 鋼板矯正機(jī)有多種形式，軸輥的數(shù)量越多，矯正的質(zhì)量越好。 通常511輥用于矯正中厚板； 1129輥多用于矯正薄板。 常用鋼板矯正機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)見表3-2 當(dāng)鋼板中間平、兩邊縱向呈波浪形時，應(yīng)在中間加鐵皮或橡膠以碾壓中間。 當(dāng)鋼板中間呈波浪形時，應(yīng)在兩邊加墊板后碾壓兩邊以提高矯平的效果。 矯平薄板時，一般可加一塊較厚的平鋼板作襯墊一起矯正，也可將數(shù)塊薄板疊在一起進(jìn)行矯正。 矯平扁鋼或小塊板材時，應(yīng)將相同厚度的扁鋼或小塊板材放在一個用作襯墊的鋼板上通過矯正機(jī)后，將

7、原來朝上的面翻動朝下，再通過矯正機(jī)便可矯平。表3-2 常用鋼板矯正機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式簡圖主要特點(diǎn)用途上排輥輪傾斜的矯正機(jī)表3-2圖1上排輥輪軸整體作上下調(diào)整；角可調(diào)整薄板及屈服強(qiáng)度高的板料上置邊輥的矯正機(jī)表3-2圖2上置邊輥軸可按進(jìn)料方向及出料的需求進(jìn)行調(diào)節(jié)中厚板成對導(dǎo)向輥的矯正機(jī)表3-2圖3成對導(dǎo)向輥的矯正速度：v1 v250.400.420.440.470.4750.480.5 表表3-43-4 中性層位置系數(shù)中性層位置系數(shù)K Kr/ 0.10.20.250.30.40.50.8K0.30.330.350.36 0.38r/ K 例例1 計(jì)算圖3-20所示圓角U形板料長。已知r=60m

8、m， =20mm， L1=200mm， L2=300mm， =120， 求L=? 解： 圓鋼彎曲的中性層一般總是與中心線重合，所以圓鋼的料長可按中心線計(jì)算。如圖3-21所示，已知尺寸A、B、d、R，則展開長度應(yīng)是直段長度和圓弧段長度之和。 展開長度為： 式中 L展開長度； A直段長度； R內(nèi)圓角半徑； d圓鋼直徑。 例例2 圖3-21中，已知A=400mm，B=300mm， d=20mm， R=100mm， 求它的展開長度。 解解：根據(jù)長度展開長度公式 本題的展開長度為： 角鋼的斷面是不對稱的，所以中性層的位置不在斷面的中心，而是位于角鋼根部的重心處，即中性層與重心線重合。 設(shè)中性層離開角鋼根

9、部的距離為z0，z0值與角鋼斷面尺寸有關(guān)，可從有關(guān)表格中查得。 等邊角鋼彎曲料長計(jì)算見表3-5。表3-5 等邊角鋼彎曲料長計(jì)算內(nèi) 彎外 彎 例例3 已知等邊角鋼內(nèi)彎，兩直邊L1=450mm，L2=350mm，角鋼外弧半徑R=120mm，彎曲角度=120，等邊角鋼為70mm70mm7mm，求展開長度L。 解：查表得Z0=19.9mm 展開長度 例例3 已知等邊角鋼外彎，兩直邊L1=550mm，L2=450mm，角鋼內(nèi)弧半徑R=80mm，彎曲角度=150，等邊角鋼為63mm63mm6mm，求展開長度L。 解：查表得Z0=17.8mm 展開長度 通過旋轉(zhuǎn)輥軸使坯料(鋼板)彎曲成形的方法稱滾彎，又稱卷

10、板 ，板材卷彎如圖3-22所示。 滾彎時，鋼板置于卷板機(jī)的上、下輥軸之間，當(dāng)上輥軸下降時，鋼板便受到彎矩的作用而發(fā)生彎曲變形。 由于上、下輥軸的轉(zhuǎn)動，通過輥軸與鋼板間的摩擦力帶動鋼板移動，使鋼板受壓位置連續(xù)不斷地發(fā)生變化，從而形成平滑的曲面，完成滾彎成形工作。 鋼板滾彎由預(yù)彎（壓頭）、對中、滾彎三個步驟組成。 卷彎時只有鋼板與上輥軸接觸的部分才能得到彎曲，所以鋼板的兩端各有一段長度不能發(fā)生彎曲，這段長度稱為剩余直邊。 剩余直邊的大小與設(shè)備的彎曲形式有關(guān)， 對稱彎曲時剩余直邊約為板厚的620倍， 不對稱彎曲時為對稱彎曲時的1/61/10。 為了消除剩余直邊應(yīng)先對板料進(jìn)行預(yù)彎，使剩余直邊彎曲到所需

11、曲率半徑后再卷彎。 預(yù)彎的方法有兩種： 一是在三輥或四輥卷板機(jī)上預(yù)彎，適用于較薄的板材，如圖3-23所示； 另一種方法是在壓力機(jī)上預(yù)彎，適用于各種厚度板材，如圖3-24所示。 a)預(yù)彎模 b)預(yù)彎過程 在卷彎時如果板料放不正，卷彎后會發(fā)生歪扭， 在卷彎前使輥的中心線與鋼板的中心線平行，即所謂對中。 常用的對中方法如圖3-25所示。 圖3-25a是利用卷板機(jī)的側(cè)輥對正鋼板； 圖3-25b是利用可轉(zhuǎn)動的擋鐵來對正鋼板； 圖3-25c是使鋼板頂?shù)较螺伾希缓笤俜牌剑?圖3-25d是利用下輥上的直槽對正； 圖3-25e是用直角尺，使鋼板上的軸線與輥平行； 圖3-25f是利用卷板機(jī)兩邊平臺上的擋鐵來定位

12、，使鋼板邊緣垂直于軸輥。 一般情況下，卷彎時并不加熱鋼板。 但是，在鋼板厚度較大而卷彎直徑較小時，冷卷時容易產(chǎn)生較嚴(yán)重的冷作硬化及較大的內(nèi)應(yīng)力，甚至產(chǎn)生裂紋。所以這種情況需要對鋼板加熱卷制。 常用低碳鋼、普低鋼的熱卷加熱溫度為9001050，終止溫度不低于700。 熱卷能防止板料的加工硬化現(xiàn)象，但熱卷時操作困難，氧化皮危害較大，板料變薄現(xiàn)象較為嚴(yán)重。 因此，也可以試用溫卷，即把鋼板加熱到500600進(jìn)行卷彎。 冷卷時，上輥的壓下量取決于來回滾動的次數(shù)、要求的曲率以及材料的回彈。 因此，實(shí)際工作中常采用逐漸分幾次壓下上輥并隨時用卡樣板檢查的辦法卷彎。 對于薄板件來說，可以卷得比要求大一些，用錘在

13、外面輕敲就可矯正，而曲率不足時則不易矯正。 在卷彎較厚鋼板時，一定要常檢查，仔細(xì)調(diào)節(jié)壓下量，一旦曲率過大就很難矯正。 由于壓頭曲率不正確或卷彎時曲率不均勻，可能在接口處產(chǎn)生外凸或內(nèi)凹的缺陷， 這時可以在定位焊或焊接后進(jìn)行局部壓制卷彎，如圖3-26所示。 對于壁厚較厚的圓筒，焊后經(jīng)適當(dāng)加熱再放入卷板機(jī)內(nèi)經(jīng)長時間加壓滾動，可以把圓筒矯得很圓。 圓錐面的素線不是平行的，所以不能用三個輥互相平行的卷板機(jī)卷制出來。 但是，可采取調(diào)整上輥使其傾斜適當(dāng)?shù)慕嵌龋缓笤诤苄〉膮^(qū)域內(nèi)壓制并稍作滾動， 這樣每次壓卷一個小區(qū)域后，必須轉(zhuǎn)動鋼板后再壓卷下一個區(qū)域，也可卷制出質(zhì)量較好的圓錐面。 焊接結(jié)構(gòu)制造過程中，還有許

14、多零件因?yàn)樾螤顝?fù)雜，需要用彎曲成形以外的方法進(jìn)行加工。 如鍋爐用壓力容器封頭、帶有翻邊的孔的筒體、封頭、錐體、翻邊的管接頭等。 這些復(fù)雜曲面形狀的成形加工通常在壓力機(jī)上進(jìn)行； 常用的方法有壓延、旋壓和爆炸成形等工藝。 拉延也稱拉深或壓延，它是將平板毛坯或空心半成品，利用拉延模拉延成一個開口的空心零件。 拉延具有生產(chǎn)率高，成本低，成形美觀等特點(diǎn)。 如圖3-28所示為拉延成形過程。 凸模往下壓時先與坯料接觸，然后強(qiáng)行把坯料壓入凹模， 迫使坯料分別轉(zhuǎn)變?yōu)橥驳?、筒壁和凸緣?隨著上模的下壓，凸緣的徑向逐漸縮小，筒壁部分逐漸增長， 最后凸緣部分全部轉(zhuǎn)變?yōu)橥脖凇?a）拉延前 b）拉延中 c）拉延結(jié)束 1凸

15、模 2坯料 3凹模 4凸緣 （1）起皺 在圓筒形件拉延過程中，凸緣部分的材料受切向應(yīng)力的作用。 當(dāng)切向應(yīng)力達(dá)到一定值時，凸緣部分材料失去穩(wěn)定， 而在整個周邊方向出現(xiàn)連續(xù)的波浪形彎曲，這種現(xiàn)象稱為起皺，如圖3-29所示。 防止起皺的有效方法是采用壓邊圈，壓邊圈安裝在凹模上面，與凹模表面之間留有1.151.2倍板厚的間隙，如圖3-30所示。 1凸模 2壓邊圈 3坯料 4凹模 拉延時，筒壁總拉應(yīng)力增大， 超過了筒壁最薄弱處（筒壁的底部轉(zhuǎn)角處）的材料強(qiáng)度時， 拉延件就會產(chǎn)生拉穿現(xiàn)象，如圖3-31所示。 所以此處的承載能力大小是決定拉延能否順利成形的關(guān)鍵。 拉延過程中拉延件各部位的壁厚都會發(fā)生變化。圖3

16、-32所示是碳鋼封頭拉延后測得的壁厚變化情況。 圖3-32a中，橢圓形封頭在曲率半徑最小處變薄量最大，可達(dá)8%10%；圖3-32b中，球形封頭在底部變薄最嚴(yán)重，可達(dá)12%14%。 為了彌補(bǔ)封頭壁厚的變薄，可以適當(dāng)加大封頭毛坯料的板厚，以使封頭變薄處的厚度接近容器的壁厚。 a）橢圓封頭 b）球形封頭 1）拉延件外形應(yīng)簡單、對稱，且不要太高，以便使拉延次數(shù)盡量少。 2）拉延件的圓角半徑在不增加工藝程序的情況下，最小許可半徑如圖3-33所示。 否則將增加拉延次數(shù)及整形工作。 旋壓是在專用的旋壓機(jī)上進(jìn)行， 圖3-34所示為旋壓工作簡圖。 毛坯3用尾頂針4上的壓塊5緊緊的壓在模胎2上， 當(dāng)主軸1旋轉(zhuǎn)時，

17、毛坯和模胎一起旋轉(zhuǎn)， 操作旋棒6對毛坯施加壓力，同時旋棒又作縱向運(yùn)動。 1主軸 2模胎 3毛坯 4尾頂針 5壓塊 6旋棒 7支架 8助力臂 開始旋棒與毛坯是一點(diǎn)接觸，由于主軸旋轉(zhuǎn)和旋棒向前運(yùn)動，毛坯在旋棒的壓力作用下產(chǎn)生由點(diǎn)到線及由線到面的變形，逐漸地被趕向模胎，直到最后與模胎貼合為止，完成旋壓成形。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要復(fù)雜的沖模，變形力較小，但生產(chǎn)率較低，故一般用于中小批生產(chǎn)。 1爆炸成形的基本原理 爆炸成形是將爆炸物質(zhì)放在一特制的裝置中，點(diǎn)燃爆炸后，利用所產(chǎn)生的化學(xué)能在極短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)化為周圍介質(zhì)（空氣或水）中的高壓沖擊波，使坯料在很高的速度下變形和貼模，從而達(dá)到成形的目的。 如圖3-3

18、5為爆炸成形裝置。 爆炸成形可以對板料進(jìn)行多種工序的沖壓加工，例如拉延、沖孔、剪切、翻邊、脹形、校形、彎曲、壓花紋等。 1-纖維板 2-炸藥 3-繩 4-坯料 5-密封袋6-壓邊圈 7-密封圈 8-定位圈 9-凹板 10-抽氣孔 1）爆炸成形不需要成對的剛性凸凹模同時對坯料施加外力，而是通過傳壓介質(zhì)（水或空氣）來代替剛性凸模的作用。因此，可使模具結(jié)構(gòu)簡化。 2）爆炸成形可加工形狀復(fù)雜，剛性模難以加工的空心零件。 3）回彈小、精度高、質(zhì)量好。由于高速成形零件回彈特別小，貼模性能好，只要模具尺寸準(zhǔn)確，表面光潔，則零件的精度高。 4）爆炸成形屬于高速成形的一種。加工成形速度快（只需1s），操作方便，成本低，產(chǎn)品制造周期短。 5