船舶建造工藝課件-12板材成形加工知識講解

第三節(jié)板材的成形加工船體板材中非平直鋼板較多，彎曲加工工作量較大板材的成形加工方法主要有機(jī)械冷彎和水火彎板法單向曲度板采用機(jī)械冷彎法加工復(fù)雜曲度板先用冷彎機(jī)械加工出彎曲較大方向的曲度，然后再用水火彎板法加工出其他方向曲度批量較大的板材，可在壓力機(jī)上安裝專用模壓制成形2025/2/6船舶建造工藝課件一、鋼板構(gòu)件的冷彎加工1.簡單曲度板的冷彎成形具有圓柱形或圓錐形的單向曲度板稱為簡單曲度板簡單曲度板可用三輥彎板機(jī)加工成形2025/2/6船舶建造工藝課件普通三輥彎板機(jī)的結(jié)構(gòu)

下軸輥是主動輥，安裝在固定軸承內(nèi)由電動機(jī)通過減速器帶動其旋轉(zhuǎn)上軸輥是從動輥，安裝在可上下調(diào)節(jié)的軸承內(nèi)小型三輥彎板機(jī)由人力調(diào)節(jié)，大型的由電動機(jī)通過機(jī)械傳動實現(xiàn)2025/2/6船舶建造工藝課件三輥彎板機(jī)的類型三輥彎板機(jī)分開式和閉式兩類開式三輥彎板機(jī)上軸輥的一端機(jī)架可以拆卸，能夠取出彎制好的封閉式整圓柱形構(gòu)件2025/2/6船舶建造工藝課件三根軸輥可上下升降調(diào)節(jié)彎板機(jī)的下軸輥不僅可以驅(qū)動，還可以單獨或一起進(jìn)行升降調(diào)節(jié)工藝性好，操作方便，適宜簡單曲度板的加工這種彎板機(jī)彎制構(gòu)件邊緣部分的過程如圖示2025/2/6船舶建造工藝課件軸輥可做橫向調(diào)節(jié)利用軸輥的橫向移動，縮小作用力間距進(jìn)行板邊成形,有兩種類型

上輥可橫向移動的開式三輥彎板機(jī)下輥可橫向移動的閉式三輥彎板機(jī)開式彎板機(jī)可以用來彎制封閉形筒體或錐體閉式三輥彎板機(jī)分別調(diào)節(jié)兩根下軸輥的橫向位置，彎制出構(gòu)件邊緣部分的曲度2025/2/6船舶建造工藝課件開式三輥彎板機(jī)彎制過程上軸輥作橫向移動并進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，彎制邊緣部分，再彎制成封閉的筒體2025/2/6船舶建造工藝課件四輥彎板機(jī)

軸輥1和2為主動軸，軸輥3和4從動輥軸輥1安裝在固定的軸承內(nèi)其余三根軸輥被分別安裝在可作升降調(diào)節(jié)的軸承內(nèi)2025/2/6船舶建造工藝課件四輥彎板機(jī)的彎板方式

將要彎曲的鋼板夾在軸輥1和2之間通過對軸輥3和4作升降調(diào)節(jié)，將鋼板彎制成構(gòu)件所要求的彎曲程度2025/2/6船舶建造工藝課件可做矯平用的四輥彎板機(jī)

在三輥彎板機(jī)的上輥旁增加一根可上下調(diào)節(jié)的矯平輥當(dāng)矯平輥在上軸輥旁的正常位置時，彎板機(jī)用來矯平鋼板當(dāng)矯平輥調(diào)節(jié)到下軸旁邊時，則可用來彎板2025/2/6船舶建造工藝課件可做折邊用的四輥彎板機(jī)

有些三輥彎板機(jī)的上軸輥通過液壓傳動進(jìn)行升降調(diào)節(jié)只要在上下軸輥之間安裝合適的壓模，即可用來進(jìn)行鋼板的折邊2025/2/6船舶建造工藝課件彎板機(jī)彎制圓柱形鋼板在鋼板的兩邊和中央劃出圓柱的素線(平行直線)調(diào)節(jié)各軸輥，使其軸線互相平行使鋼板上的素線平行地對準(zhǔn)下軸輥的縱向槽先彎出邊緣部分的曲度，再將中間部分逐漸彎曲成形在彎制過程中，應(yīng)注意鋼板上所劃的素線與下軸輥縱向槽是否保持平行用樣板檢查鋼板彎制的曲度，以便調(diào)節(jié)上軸輥的升降直至彎曲成形與樣板型線相符合為止2025/2/6船舶建造工藝課件彎板機(jī)彎制錐形鋼板錐形板兩端曲率不同，在鋼板上事先畫出的素線是不平行的彎制錐形板要保持其素線與上軸輥平行才能準(zhǔn)確的彎制成形必須采取一定的工藝措施上輥相對下輥呈傾斜狀態(tài)，曲率大的板處上、下輥間距小于另一端將錐形板做3~5等分，分區(qū)進(jìn)行輥彎。每一分區(qū)的中心線(也是一根素線)應(yīng)與上輥平行2025/2/6船舶建造工藝課件錐形板三等分分區(qū)輥彎示意圖

各分區(qū)變形面之間有一定的重疊(圖中陰影部分)，使錐形板的小曲率端呈均勻的弧形2025/2/6船舶建造工藝課件2.復(fù)雜曲度板的冷彎加工具有雙向曲度和多向曲度的板稱為復(fù)雜曲度板冷彎成形設(shè)備主要是液壓機(jī)萬能彎板機(jī)彎制復(fù)雜曲度板，要求操作技術(shù)高度熟練，成形質(zhì)量不易控制，勞動強度大，使用不廣泛對于雙向曲度不大的構(gòu)件，也可在三輥彎板機(jī)上進(jìn)行冷彎主要介紹液壓機(jī)彎板中的有關(guān)問題2025/2/6船舶建造工藝課件液壓機(jī)的分類根據(jù)使用的液體介質(zhì)不同，液壓機(jī)可分為油壓機(jī)和水壓機(jī)兩類油壓機(jī)的壓力由油泵產(chǎn)生，一般沒有蓄壓裝置，所以結(jié)構(gòu)輕巧簡單水壓機(jī)一般都帶有蓄壓裝置，能產(chǎn)生很大的壓力，但機(jī)構(gòu)龐大復(fù)雜如果油壓機(jī)的工作壓力能滿足加工要求，則采用油壓機(jī)較為經(jīng)濟(jì)2025/2/6船舶建造工藝課件常用液壓機(jī)的工作壓力液壓機(jī)利用液體的不可壓縮性并能傳遞等壓強的特點，通過一定的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生出巨大的工作壓力常用液壓機(jī)的工作壓力中小型船廠：(200~400)×104N大型船廠：(800~1200)×104N有的高達(dá)3000×104N2025/2/6船舶建造工藝課件液壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式懸臂式和框式兩種結(jié)構(gòu)形式懸臂式液壓機(jī)的工作面三面敞開，操作方便，但工作壓力受到限制框式液壓機(jī)的工作空間受到一定限制，但結(jié)構(gòu)支承好受力大，因此大功率液壓機(jī)多采用框式結(jié)構(gòu)還有一種在框式液壓機(jī)基礎(chǔ)上研制成的可移動壓頭壓力機(jī)，壓頭和工件臺能根據(jù)要求進(jìn)行橫移和回轉(zhuǎn)2025/2/6船舶建造工藝課件壓模的形式利用液壓機(jī)彎制復(fù)雜曲度板時，必須在壓頭上裝設(shè)壓模壓模的形式和精度是影響構(gòu)件成形加工質(zhì)量的關(guān)鍵之一2025/2/6船舶建造工藝課件通用壓模的應(yīng)用為解決船體構(gòu)件的形狀復(fù)雜，尺寸不一的問題，壓模經(jīng)常被設(shè)計成長度為800~1500mm左右的通用壓模通用壓模彎板一般只能彎曲一個方向的曲度(如橫向曲度)其他方向的曲度(如縱向曲度)可用水火彎板法彎制使用短壓模能彎制各種曲度的鋼板2025/2/6船舶建造工藝課件壓模使用的注意(1)用壓模壓制板材前，要先進(jìn)行空載試壓，以檢查上、下壓模的對位情況及壓模安裝的牢固程度對于較長的板材，需分成數(shù)段加壓，且相鄰兩加壓段應(yīng)重疊30~50mm用通用壓模進(jìn)行較長板材的折邊，還應(yīng)注意每次折角角度不能太大，否則容易產(chǎn)生裂縫2025/2/6船舶建造工藝課件壓模使用的注意(2)在液壓機(jī)上使用通用壓模彎制鋼板構(gòu)件時，應(yīng)校核機(jī)床的工作壓力能否滿足要求同時，還要按板材的厚度選定下模的支點距離具體的計算和處理方法，可參考《船體工藝手冊》的相關(guān)部分2025/2/6船舶建造工藝課件專用壓模的應(yīng)用在產(chǎn)品批量較大時，則應(yīng)制造專用壓模專用壓模能保證構(gòu)件成形質(zhì)量，簡化操作，提高加工速度在批量生產(chǎn)時經(jīng)濟(jì)上也比較合理2025/2/6船舶建造工藝課件板材冷彎加工線影響板冷彎質(zhì)量的另一個重要因素在冷彎之前已經(jīng)劃在號料的板材上由于加工設(shè)備的構(gòu)件形狀各不相同，加工線的形式、分布也不相同加工線的繪制應(yīng)根據(jù)加工設(shè)備和構(gòu)件的形狀來確定彎曲單向曲度板時，其加工線都是展開后的素線2025/2/6船舶建造工藝課件三角樣板確定冷彎加工線一般船體外板，可用三角樣板確定其冷彎加工線將板材首、尾兩塊三角樣板拼攏使準(zhǔn)線、準(zhǔn)線與樣板曲邊的交點a重合使重合在一起的兩塊三角樣板與平面相切，標(biāo)出切點B和C2025/2/6船舶建造工藝課件曲線長度t和s的確定在首端三角樣板上量取B點與上縫間的曲線長度t量取C點與下縫線間曲線長度s將曲線長度t和s轉(zhuǎn)駁到板材展開形狀首尾端肋骨線的相應(yīng)位置上得點2025/2/6船舶建造工藝課件板材冷彎加工線的確定

連線即為鋼板上的冷彎加工線(輥軋線)輥軋線是橫向曲率輥彎加工的基準(zhǔn)線在平板上，把各樣板向下平移使其與基面(平板)相切所有樣板的切點連線即為輥軋線一般這樣的連線是一條曲線2025/2/6船舶建造工藝課件液壓機(jī)的應(yīng)用液壓機(jī)不僅可以壓彎各種不同曲形得船體構(gòu)件而且還可以進(jìn)行板材得折邊、壓角、預(yù)彎與矯平工作它是船體加工車間得主要設(shè)備應(yīng)該為其配置專用吊運裝置和工件移動、定位、送料及落料得輔助裝置，實現(xiàn)輔助作業(yè)機(jī)械化2025/2/6船舶建造工藝課件3.數(shù)控彎板簡介彎板工作與其他工序相比，生產(chǎn)效率仍然很低應(yīng)用數(shù)控技術(shù)進(jìn)行彎板，會大幅度提高彎板工作效率，減輕勞動強度而且會提高彎板精度，減少裝配和矯正工作量同其他數(shù)控加工裝置一起使用，可以實現(xiàn)船體加工車間綜合機(jī)械化、自動化，提高綜合生產(chǎn)能力2025/2/6船舶建造工藝課件數(shù)控彎板的研究數(shù)控彎板樣機(jī)中，最典型的是多壓頭式(或多柱塞式)數(shù)控彎板機(jī)彎板前，數(shù)控程序自動調(diào)節(jié)下模(或上模)各壓頭高度形成與構(gòu)件形狀相同的曲面(考慮回彈在內(nèi))2025/2/6船舶建造工藝課件日制多壓頭式數(shù)控彎板機(jī)

主要由彎板機(jī)機(jī)體、輔助裝置及數(shù)控三部分組成采用分段加壓方式彎曲板材2025/2/6船舶建造工藝課件日制彎板機(jī)的機(jī)體構(gòu)成彎板機(jī)機(jī)體由機(jī)座及上、下模構(gòu)成，機(jī)座面積為4×4m2下模是數(shù)控驅(qū)動的螺旋調(diào)節(jié)式壓頭，共15×15＝225個，間距為250mm上模壓頭數(shù)與下模一一對應(yīng)上模各油壓壓頭能單獨動作，整個上機(jī)座也能通過螺旋軸作上下移動該機(jī)總共約能產(chǎn)生147.105×103N×225≈33098.625×103N的壓力2025/2/6船舶建造工藝課件日制彎板機(jī)的輔助裝置彎板機(jī)輔助裝置主要包括工件輸送裝置、定位裝置、支承裝置和曲面測量裝置為了測量加壓后的回彈量，配置了自行門式曲面測量裝置由于225個螺旋壓頭必須在很短的時間內(nèi)進(jìn)行數(shù)控調(diào)節(jié)，所以該機(jī)的數(shù)控裝置采用分時控制系統(tǒng)2025/2/6船舶建造工藝課件二、水火彎板沿預(yù)定的加熱線用火焰烘炬對板材進(jìn)行局部線狀加熱，并用水進(jìn)行跟蹤冷卻(或讓其自然冷卻)冷熱作用使板產(chǎn)生局部塑性變形，從而將板彎成所要求的曲面形狀也稱為線狀加熱法目前是大多數(shù)船廠彎制復(fù)雜曲度板和船體內(nèi)部大型構(gòu)件的主要方法2025/2/6船舶建造工藝課件1.水火彎板的基本原理船體雙向曲度外板大都是帆形板和鞍形板這兩種板的成形都是先用冷彎設(shè)備按輥軋線加工出橫向曲度(因其曲率較大)，然后用水火彎板法彎出縱向曲度加熱過程是在橫向曲度板的兩個板邊或板中部進(jìn)行多道直線加熱每加熱一道火焰有四種變形2025/2/6船舶建造工藝課件加熱火焰的四種變形橫向收縮變形——沿加熱線垂直方向的收縮，起到了板的縱向方向上的縮短作用縱向收縮變形——平行加熱線，變形量最小不影響橫曲度角變形——沿板厚方向，由于溫度梯度引起的變形，對的板光順有很大影響縱向彎曲變形——每道加熱線的橫向收縮引起的板縱向彎曲，對中和軸的力矩越大，彎曲變形越大2025/2/6船舶建造工藝課件水火彎板的變形過程板厚為t火焰加熱寬度為b由于加熱火焰移動速度較快在加熱處構(gòu)件的厚度方向上存在較大的溫差加熱面的溫度高于背面溫度2025/2/6船舶建造工藝課件垂直于加熱線的剖面

沿板厚將加熱剖面分為兩個區(qū)域加熱區(qū)Ⅰ厚度為加熱深度a背面區(qū)Ⅱ厚度為t-a加熱前板材溫度為θ0熱源通過時，Ⅰ區(qū)溫度升到θⅠ，Ⅱ區(qū)溫度升到θⅡ，顯然θⅠ≥θⅡ2025/2/6船舶建造工藝課件熱膨脹的結(jié)果Ⅰ區(qū)應(yīng)伸長到點劃線位置Ⅱ區(qū)應(yīng)伸長到實線位置由于熱場的局部性，受熱金屬的膨脹受到周圍較冷金屬的限制Ⅰ、Ⅱ兩區(qū)的伸長相同，因而加熱區(qū)Ⅰ內(nèi)產(chǎn)生壓縮塑性變形2025/2/6船舶建造工藝課件熱源過后板內(nèi)溫度降到θ0溫度降低后Ⅰ、Ⅱ兩區(qū)應(yīng)恢復(fù)原有長度b，回到虛線位置由于加熱時，Ⅰ區(qū)的伸長受到限制已發(fā)生了塑性變形因而冷卻后寬度變小而由收縮到圖示點劃線位置的趨勢2025/2/6船舶建造工藝課件收縮變形的形成在Ⅱ區(qū)內(nèi)的收縮量沒有Ⅰ區(qū)大最后一起收縮到的實線位置同時，在Ⅰ區(qū)內(nèi)產(chǎn)生拉應(yīng)力бⅠ在Ⅱ區(qū)內(nèi)產(chǎn)生壓應(yīng)力－бⅡ2025/2/6船舶建造工藝課件拉、壓應(yīng)力的結(jié)果作用于整個加熱寬度b內(nèi)相當(dāng)于作用于平板上的外加彎矩使板產(chǎn)生圖示的彎曲變形其曲率半徑為ρ角變形為α2025/2/6船舶建造工藝課件線狀加熱的結(jié)果實際彎板時，板內(nèi)溫度分布在時間上和空間上都是連續(xù)變化的，必然導(dǎo)致整個變化也是連續(xù)變化的圖中Ⅰ、Ⅱ兩個區(qū)域的溫度、應(yīng)力和變形都是該區(qū)域內(nèi)的平均值所取的四個階段也是加熱—冷卻過程中的典型階段但通過分析可知，對板材進(jìn)行線狀加熱會使其產(chǎn)生橫向收縮變形和角變形2025/2/6船舶建造工藝課件收縮變形的原因橫向收縮變形在于受熱金屬的膨脹受到周圍較冷金屬的限制，因而產(chǎn)生壓縮塑性變形，冷卻時即產(chǎn)生收縮變形角變形則是由于最終的橫向收縮變形沿構(gòu)件厚度方向不等所引起的水火彎板就是利用板材在局部加熱—冷卻過程中會產(chǎn)生角變形和橫向收縮變形的特點達(dá)到成形加工的目的用水跟蹤冷卻的目的在于加大這種變形，增加成形效果2025/2/6船舶建造工藝課件2.各種工藝因素對成形效果

的影響(1)加熱線成形效果的影響水火彎板時，加熱線的位置、間距、長短、加熱線寬度和數(shù)量(施加給板的總能量)對板材成形效果影響極大加熱線的位置直接關(guān)系到板材能否正確成形2025/2/6船舶建造工藝課件加熱線位置的影響對一塊板在不同的位置上進(jìn)行線狀加熱，成形形狀會完全不同確定加熱線位置是水火彎板的關(guān)鍵加熱線位置取決于構(gòu)件的形狀展開時哪部分伸長，加工時應(yīng)收縮回去帆形板和鞍形板都是用水火彎板法彎出縱向曲度，但加熱線位置不同2025/2/6船舶建造工藝課件帆形板和鞍形板加熱線位置圖示2025/2/6船舶建造工藝課件帆形板的加熱線位置帆形板的縱向曲度方向與橫向曲度方向一致，即都朝板的一面彎曲加熱線位于板橫剖面的兩側(cè)彎曲時采用水火收邊的方法，加熱板的凹曲內(nèi)面依靠橫向收縮變形及角變形(前者是主要的)使構(gòu)件兩側(cè)縱邊縮短而得到構(gòu)件的縱向曲度2025/2/6船舶建造工藝課件鞍形板的加熱線位置鞍形板的縱向曲度方向與橫向曲度方向相反即橫向朝板的一面彎曲，縱向朝板的另一面彎曲加熱線位于板的橫剖面的中部彎曲時應(yīng)加熱構(gòu)件背面的中間部分，使中間部分縱向縮短而得到縱向曲度2025/2/6船舶建造工藝課件加熱線間距和長度加熱線的長度、疏密主要影響構(gòu)件的成形效果一般而言，加熱線愈密、愈長則產(chǎn)生的變形愈大，成形效果愈好因此，當(dāng)要求的彎曲曲率較大時，加熱線的布置可適當(dāng)加密、加長應(yīng)注意，不要使加熱線的長度跨越加熱線所在剖面的中和軸，否則會使成形效果惡化2025/2/6船舶建造工藝課件(2)冷卻方式的影響加熱線上處于冷卻過程中的金屬收縮變形，必然對正處在加熱膨脹的金屬產(chǎn)生一種附加塑性變形附加變形對提高成形效果很有利水火彎板冷卻方式對這種附加變形有很大影響冷卻方式有自然冷卻、正面跟蹤水冷和背面跟蹤水冷三種形式2025/2/6船舶建造工藝課件自然冷卻在火焰局部加熱后，讓構(gòu)件在空氣中冷卻的方法，簡稱空冷優(yōu)點是操作簡單，缺點是成形速度慢、在產(chǎn)生角變形的同時產(chǎn)生不需要的縱向撓度空冷法中，冷卻金屬收縮產(chǎn)生的附加變形僅占最終變形的一小部分為提高成形效果，加強收縮附加變形的作用，因此產(chǎn)生了跟蹤水冷的水火彎板工藝2025/2/6船舶建造工藝課件正面跟蹤水冷法冷水噴射加快了正在冷卻的金屬的收縮強化對正在加熱金屬的壓縮作用由于加熱面被水強制冷卻，溫度急劇降低，甚至使正面溫度低于背面溫度，出現(xiàn)負(fù)溫差，降低了角變形的效果2025/2/6船舶建造工藝課件正面跟蹤水冷法的效果在附加變形的反作用力作用下，使正處在冷卻過程中的金屬受到附加拉伸作用而抵消部分收縮變形因此，這種方法的角變形效果一般不如空冷法好橫向收縮變形比空冷法大成形加工所不需要的加熱線縱向收縮變形不比空冷法小2025/2/6船舶建造工藝課件背面跟蹤水冷法在構(gòu)件的正面用烘炬加熱，在構(gòu)件的背面用冷水跟蹤熱源進(jìn)行強制冷卻的方法由于是背面強制冷卻，因此，增大可板材正反面的溫差比上述兩種方法的角變形大，成形效率高2025/2/6船舶建造工藝課件三種冷卻方法的角變形比較2025/2/6船舶建造工藝課件綜上所述當(dāng)加熱參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化

角變形效果以背面跟