1、第三单元第三单元 焊接结构备料及成形加工焊接结构备料及成形加工【学习目标】【学习目标】了解组成焊接结构基本构件的概念、分类、结构特点、工作条件；熟悉焊接结构的生产工艺过程的基本知识；了解钢材矫正以及预处理过程；掌握焊件划线、放样、下料及坏料边缘加工的基本方法；熟悉钢材成形加工的基本工艺。综合知识模块一综合知识模块一 焊接结构概述焊接结构概述焊接结构的基本构焊接结构的基本构1.焊接梁、柱、桁架结构(1)焊接梁焊接梁是由钢板或型钢焊接成形的结构件，通常多应用于载荷和跨度都较大的场合，如吊车梁、墙架梁、工作平台梁、楼盖梁等。其主要截面形式有工字形和箱形，一般称为工字梁与箱形梁。因为箱形梁的截面是封闭
2、的，具有较好的抗弯扭能力和抗腐蚀能力，所以一般重型的、大跨度的桥式起重机桥架，大多采用箱形梁结构。梁的组成方法很多，如利用钢板拼焊而成的板焊结构梁；利用轧制型材(包括工字钢、槽钢或角钢等)焊接而成的型钢结构梁；还可以利用钢板和型钢焊接成组合梁。图3-1列举了几种梁的组成方法。焊接梁在工作中其载荷分布是不均匀的，对于大载荷、大跨度的重型梁，为节省材料，减轻自重，其截面沿着梁长方向也进行了相应的改变而形成变截面梁。变截面梁是通过改变冀缘板的宽度、厚度或腹板的高度、截面积来实现的。图3-2示意了几种变截面梁的外形。(2)焊接柱焊接柱是由钢板或型钢经焊接成形的受压构件，并将其所受到的载荷传递至基础。图
3、3-3所示为几种常用焊接柱的截面形式，尽管焊接柱的截面组成方式有多种，从柱的结构形式上区分可归纳为两类：一类为实腹式柱(图3-3a、b、c)，此种形式的构造和制作都比较简便；另一类为格构式柱(图3-3d、e)，此种形式的截面开展、制作稍费工时，但可节省钢材。图3-3焊接柱的截面形式图3-4是焊接实腹式柱与格构式柱的结构形式图，其中，图3-4a是主体为板焊工字梁形式的实腹式柱结构；图3-4b是主体由两根槽钢通过缀条连接焊合而成的格构式柱。焊接柱主要由柱头、柱身(主体)、柱脚三部分构成。1)柱头如图3-5a所示，一般由垫板、顶板、加强筋和安装定位螺栓等组成。顶板与柱端焊合为一体，并通过螺栓与梁连接
4、在一起，顶板的厚度可根据承受载荷的需要而确定，一般为1630mm。垫板放置在顶板与梁之间，可用于调整梁的水平。2)柱脚如图3-5b所示，它的端头采用角焊缝与柱底板焊合，其目的是增加与基础的接触面积，减小接触压力。底板与基础的连接可根据基础的材料而确定，钢基础多采用焊接的方式，水泥基础多采用铰接方式。(3)焊接桁架桁架结构的组成是由许多长短不一、形状各异的杆件通过直接连接或借助辅助元件(如连接板)焊接而成节点的构造，如图3-6所示。桁架结构具有材料利用率高、重量轻、节省钢材、施工周期短及安装方便等优点，尤其是在载荷不大而跨度很大的结构上优势更为明显。因此，在主要承受横向载荷的梁类结构(如桥梁等)
5、、机器的骨架、起重机臂架以及各种支承塔架上应用非常广泛。图3-7中列举了桁架结构在工程上应用的几种示例。2.焊接容器结构 焊接容器是由板材经成形加工，并焊接成能够承受内外压力的封闭型结构。容器结构(包括锅炉、压力容器和管道)是各工业部门必不可少的生产装备，近年来，我国有关部门对容器的设计、制造、安装、检验及使用管理等诸方面制订了一系列详尽的规程和标准。(1)焊接容器的结构特点焊接容器大多是由各种壳体(圆柱形、圆锥形和球形)与各种封头(椭圆形、球形和圆锥形)以及管接头、法兰和支座等基本部件构成。常见压力容器结构形式有圆柱形、锥形和球形三种，如图3-8所示。(2)焊接容器的工作条件焊接容器工作条件
6、主要包括载荷、温度与介质三项内容。1)载荷性质。大多数容器主要承受静载荷的作用，包括内压、外压、温差应力及自重等。除静载荷外，还要承受疲劳载荷的作用，包括水压试验、调试和检修等载荷的波动变化。对于一些特殊要求的结构，还应考虑风载荷、雪载、地震等引起的载荷作用。2)环境温度。指焊接容器处于高温、常温或低温的工作温度条件。3)工作介质。包括容器内部的储存介质和外部的环境介质，如空气、水蒸气等大气介质；海水和各种成分的水质；硫化物和氮化物，石油气、天然气，及各种酸、碱及其水溶液等。对于核电站和宇航技术领域中应用的焊接容器，还要接受核辐射及宇航射线的工作环境。由此可见。工作介质是焊接容器正确选择材料的
7、重要依据。3.机械零部件焊接结构 机器焊接结构主要包括机床大件(床身、立柱、横梁等)、压力机机身、减速器箱体以及大型机器零件等。(1)焊接床身单件小批生产的大型和重型机床，往往采用焊接方法制造经济效果非常明显。图3-9是卧式车床的焊接床身，主要由箱形床腿、“n”形筋、导轨、纵梁及液盘等零部件组成。图c断面结构型式是通过纵梁4上的斜板5实现的，它把整个方箱断面分割成具有两个三边形的断面，下方三边形全封闭，断面具有较大的抗弯抗扭性能。(2)压力机机身图3-10三梁四柱式液压机的示意图 它由四根圆立柱通过内外螺母将上、下横梁牢固地连接起来，构成一个刚性的空间框架，活动横梁以立柱导向，上下移动进行工作
8、。这些横梁和立柱均采用焊接的结构形式。(3)减速器箱体焊接结构减速器箱体包括齿轮箱、蜗轮箱等。焊接减速器箱体一般制成剖分式结构，即把整个箱体沿某一剖面划分成两半，分别加工制造，然后在剖分面处通过法兰和螺栓把两半箱连接成整体。剖分式箱体由上盖、下底、壁板、轴承座、法兰和筋板等组成。图3-11为单壁板剖分式减速器箱体的下箱体结构。剖分面上的三个轴承座连成一个整体(在一块厚钢板上用精密气割切成)，轴承座下侧用垂直筋板加强，并与壁板焊接成整体。4.薄板焊接结构 薄板结构如驾驶室、客车车体、各种机器外罩、控制箱、电气开关箱等，在机器制造业、汽车制造、农业机械等应用广泛。这类结构多属于受力较小或不受载荷作
9、用的壳体。集装箱(图3-12)是薄板结构的一种典型产品，它是一个六面方形的箱体结构，主要是由两个侧壁、一个端壁、一个箱顶、一个箱底和一对箱门所组成。焊接结构生产工艺过程焊接结构生产工艺过程 焊接结构生产的工艺过程，根据产品的技术要求、形状和尺寸的差异而有所不同，并且工厂中现有的设备条件和生产技术管理水平对产品工艺过程的制订也有一定的影响。但从总体上分析，按照工艺过程中各工序的内容以及相互之间的关系，都有着大致相同的生产步骤，如图3-13所示。1.生产组织与准备 生产组织与准备工作对生产效率和产品质量的提高起着基本保证作用，它所包括的内容有以下几方面：(1)技术准备包括审查和熟悉产品施工图样、了
10、解产品技术要求、进行认真的工艺分析、确定生产方案和技术措施、选择合理的工艺方法、进行必要的工艺试验和工艺评定、编制工艺文件及质量保证文件等。除上述内容外，还需要外购或自行设计、制造符合工艺要求的焊接工艺装备。(2)物质准备主要内容有组织原材料、焊接材料及其他辅助材料的供应，生产设备的调配、安置和检修，工夹量具及其他生产用品的购置、制造和维修等。2.备料加工 备料加工是指钢材的焊前加工过程，即对制造焊接结构的钢材按照工艺要求进行的一系列加工。备料加工一般包括以下内容：(1)原材料准备将钢材(板材、型材或管材)进行验收分类储存发放。发放钢材应严格按生产计划提出的材料规格与需要量执行。(2)材料预处
11、理其目的是为基本元件的加工提供合格的原材料，包括钢材的矫平、矫直、除锈、表面防护处理、预落料等工序。现代先进的材料预处理流水线中配有抛丸除锈、酸铣、磷化、喷涂底漆和烘干等成套设备。(3)基本元件加工主要包括放样、划线、钢材剪切或气割、坡口加工、钢材的弯曲、拉深、压制成形等工序。3.装配与焊接 装配与焊接在焊接结构的生产过程中是两个即独立又密切相关的加工工序。将基本元件按照产品图样的要求进行组装的工序称为装配；将装配好的结构通过焊接而形成牢固整体的工序称为焊接。对于复杂的结构往往要经过交叉几次装配、几次焊接工序才能完成。装配一焊接工艺是焊接结构生产过程中的核心。4.结构质量检验 焊接结构的质量保
12、证工作是贯穿于设计、选材、制造全过程中的一个系统工程。焊接结构质量包括整体结构质量和焊缝质量。整体结构质量指结构的几何尺寸和性能；焊缝质量的高低关系到结构的强度和安全运行问题，必须严格进行检验。钢材变形的原因钢材变形的原因 钢板和型钢受轧制、下料和存放不妥等因素的影响，会产生变形或表面产生铁锈、氧化皮等。因此，必须对变形钢材进行矫正及表面清理工作，才能进行后续工序的加工。这对保证产品质量、缩短生产周期是相当重要的。1.残余应力引起的变形 钢材轧制时，如果轧辊弯曲，轧辊间隙不一致等，会使板料在宽度方向的压缩不均匀。延伸得较多的部分金属受延伸较少部分的阻碍而产生压缩应力，而延伸较少的部分金属则产生
13、拉伸应力。因此，延伸得较多的部分金属在压缩应力作用下就会失去其稳定性而导致变形。2.加工过程中引起的变形 钢材下料一般要经过气割、剪切、冲裁、等离子切割等工序。气割、等离子切割过程是对钢材局部进行加热而使其分离。这种不均匀加热必然会产生残余应力，导致钢材产生变形，尤其是气割窄而长的钢板时，最外一条钢板弯曲得最明显。3.运输与存放不当引起的变形 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。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，下料前必须进行矫正。钢材的矫正原理和方法钢材
14、的矫正原理和方法1.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，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3-14a所示。钢材弯曲后，各层纤维长度不一致，即abcd，如图3-14b钢材平直和弯曲时纤维长度的变化。可见，钢材的变形就是其中一部分纤维与另一部分纤维长短不一致造成的。矫正是通过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。2.矫正方法 矫正的方法按钢材的加热温度不同，分为冷矫正和热矫正。冷矫正用于塑性好或变形不大的钢材。热矫正用于弯曲变形过大，
15、塑性较差的钢材。热矫正的加热温度通常为700900。按作用力的性质不同，又分为手工矫正、机械矫正和火焰矫正及高频热点矫正四种。矫正方法的选用，与材料的形状、性能和变形程度有关，同时与制造厂拥有的设备有关。(1)手工矫正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薄板钢材。手工矫正时，根据刚性大小和变形情况不同，有反向变形法和锤展伸长法。1)反向变形法矫正。钢材弯曲变形可采用反向弯曲进行矫正。由于钢板在塑性变形的同时，还存在弹性变形，当外力消除后会产生回弹，因此为获得较好的矫正效果，反向弯曲矫正时应适当过量，表3-2是钢板弯曲变形的反向变形矫正示例。当钢材产生扭曲变形时，可对
16、扭曲部分施加反转矩，使其产生反向扭曲，从而消除变形，表3-3是钢材扭曲变形的反向变形矫正示例。2)锤展伸长矫正法。对于变形较小的钢材可锤击纤维较短处，使其伸长与较长纤维趋于一致，达到矫正的目的。工件出现较复杂的变形时，其矫正的步骤为：先矫正扭曲，后矫正弯曲，再矫正不平。如果被矫正钢材表面不允许有损伤，矫正时应用衬板或用型锤衬垫，表3-4是采用锤展伸长法矫正钢材变形的示例。手工矫正一般在常温下进行，在矫正中尽可能减少不必要的锤击和变形，防止钢材产生加工硬化，给继续矫正带来困难。对于强度较高的钢材，可将钢材加热至700900高温，以提高塑性变形能力，减小变形抗力。(2)机械矫正机械矫正是利用三点弯
17、曲使构件产生一个与变形方向相反的变形而恢复平直，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、卷板机等。机械矫正是通过机械动力或液压力对材料的不平直处给予拉伸、压缩或弯曲作用，机械矫正的分类及适用范围见表3-5。(3)火焰矫正火焰矫正的步骤一般包括：1)分析变形的原因和钢结构的内在联系。2)正确找出变形的部位。3)确定加热的方式、加热位置和冷却方式。4)矫正后检验。生产中，常采用氧乙炔中性火焰加热，一般钢材的加热温度应在600800左右，低碳钢不大于850；厚钢板和变形较大的工件，加热温度取700850，加热速
18、度要缓慢；薄钢板和变形较小的工件，加热温度取600700，加热速度要快，严禁在300500温度时进行矫正，以防钢材脆裂。火焰矫正的加热方式、适用范围及加热要领见表3-6。为了提高矫正质量和矫正效果，可以施加外力作用或在加热区域用水急冷，但对厚板和具有淬硬倾向的钢材(如高强度低合金钢、合金钢等)，不能用水急冷，以防止产生裂纹和淬硬。常用钢材和简单焊接结构件的火焰矫正要点见表3-7。(4)高频热点矫正图3-15高频热点矫正高频热点矫正可以矫正任何钢材的变形，尤其对尺寸较大、形状复杂的焊件，效果显著。其原理是：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(即涡流)，使
19、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，会影响加热矫正的效果。一般加热时间为45s，温度约800。感应圈采用纯铜管制成宽520mm，长2040mm的矩形，铜管内通水冷却，如图3-15所示。钢材的预处理钢材的预处理 对钢材表面进行去除铁锈、油污、氧化皮清理等为后序加工做准备的工艺称为预处理。常用的预处理方法有机械法和化学法。1.机械除锈法 喷砂(或抛丸)是机械除锈的主要方法,喷砂(或抛丸)工艺是将干砂(或铁丸)从专门压缩空气装置中急速喷出，轰击到金属表面，将其表面的氧化物、污物打落，
20、这种方法清理较彻底，效率也较高。但喷砂(或抛丸)工艺粉尘大，需要在专用车间或封闭条件下进行。钢材经喷砂或抛丸除锈后，随即进行防护处理，其步骤为：1)用经净化过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，钝化剂可用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。工厂中常采用预处理生产线，如图3-16所示。2.化学除锈法 化学除锈法即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。综合知识模块三综合知识模块三 划线、放样与下料
21、划线、放样与下料识图与划线识图与划线一、焊接结构装配图的识读一、焊接结构装配图的识读 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焊接结构的装配图，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，是按不同的比例夸大画出来的。2)为了表达焊缝位置和焊接结构，大量采用了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)为了表达焊件与焊
22、件之间的相互关系，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，同一焊件的序号可以同时标注在不同的视图上。2.焊接结构装配图的识读方法 焊接结构装配图的读识一般按以下顺序进行。首先，阅读标题栏，了解产品名称、材料、重量、设计单位等，核对一下各个焊件及部件的图号、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，正式识图时，要先看总图，后看部件图，最后再看
23、焊件图。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焊件阅读，先看焊件明细表，确定是钢板还是型钢；然后再看图，弄清每个焊件的材料、尺寸及形状，还要看清各焊件之间的连接方法、焊缝尺寸、坡口形状，是否有焊后加工的孔洞、平面等。容器的焊接装配图如图3-17所示。由图3-17容器焊接装配图中可以得知：1)容器的直径为?2000mm，长度4200mm，在距封头与筒节焊缝1800mm处焊人孔，人孔直径为?400mm，人孔法兰盘与筒节圆心相距1300mm。2)封头与筒节焊缝、筒节与筒节焊缝用丝极埋弧焊焊接，V形坡口，坡口根部间隙2mm，坡口角度60，钝边3mm，余高2mm，共4条焊缝，焊缝经射线
24、探伤，达到GBT 33231987标准级为合格。3)筒节纵焊缝，用焊条电弧焊焊接，焊缝开60坡口，坡口根部间隙为2mm，钝边2mm，余高2mm，共3条纵缝，射线检查达到GBT 33231987标准级为合格。4)人孔与筒节焊缝，插入式正面、反面用焊条电弧焊焊接，角焊缝焊脚为5mm。5)埋弧焊用H08A焊丝、焊丝直径?3mm，焊剂牌号HJ431。焊条电弧焊用焊条型号E4303，焊条直径?3.2mm。6)焊后水压试验0.1MPa，保持压力10min。二、划线二、划线 划线是根据设计图样上的图形和尺寸，准确地按11在待下料的钢材表面上划出加工界线的过程。划线的作用是确定焊件各加工表面的余量和孔的位置，
25、使焊件加工时有明确的标志；还可以检查毛坯是否正确；对于有些误差不大，但已属不合格的毛坯，可以通过借料得到挽救。划线的精度要求在0.250.5mm范围内。1.划线的基本规则1)垂线必须用作图法。2)用划针或石笔划线时，应紧抵金属直尺或样板的边沿。3)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)平面划线应遵循先画基准线，后按由外向内，从上到下，从左到右的顺序划线的原则。先画基准线，是为了保证加工余量的合理分布，划线之前应该在工件上选择一个或几个面或线作为划线的基准，以此来确定焊件其他加工表面的相对位置。一般情况下，以底平面、侧面、轴线为基准。2.划线的方法划线可分为平面
26、划线和立体划线两种。1)平面划线与几何作图相似，在焊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)立体划线是在焊件的几个表面上划线，即在长、宽、高三个方向上划线。3.基本线型的划法(1)直线的划法直线长不超过1m可用直尺划线，划针或石笔向金属直尺的外侧倾斜1520划线，同时向划线方向倾斜。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。若线较长时应弹两次，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。直线超过5m用拉钢丝(?0.51.5mm)的方法划线。操作时，两端拉紧并用两垫块垫托，其高度
27、尽可能低些，然后用90角尺下端定出数点，再用粉线以三点弹成直线。(2)大圆弧的划法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)大圆弧作图法。已知弦长ab和弦弧距cd，先作一矩形abef(图3-18a)，连接ac，并作ag垂直于ac(图3-18b)，以相同数(图上为4等分)等分线段ad、af、cg，对应各点连线的交点用光滑曲线连接，即为所画的圆弧(图3-18c)。2)大圆弧计算法。计算法比作法要准确得多，一般采用计算法求出准确尺寸后再划大圆弧。4.划线注意事项1)熟悉结构件的图样和制造工艺，根据图样检验样板、样杆，核对选用的钢号、规格应符
28、合规定的要求。2)检查钢材表面是否有麻点、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。4)划线时应标注各种下道工序用线，例如，展开构件的素线位置、弯曲件的弯曲范围或折弯线、中心线、比较重要的装配位置线等，并加以适当标记以免混淆。5)弯曲焊件号料时，应考虑材料轧制的纤维方向。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)注意合理排料，提高材料的利用率。5.划线标记 划线时，为了方便下道工序的加工和防止错误的发生，通常划线时在坯料上打上标
29、记，常见的标记符号及其含义见表3-8。放样与展开放样与展开将工程图所展示的图形按11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。将各种立体的焊件表面依次摊平在一个平面上的几何作图过程称为展开。放样与展开的目的是：1)可以得到焊件表面的平面形状和尺寸，用以制作各类样板。2)通过划出焊件实样，可以用作装配基准。3)可以检验设计图样的正确性。一、放样方法一、放样方法放样方法主要有实尺放样、展开放样和光学放样等。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。(1)放样基准放样基准是焊件上用来确定其他点、线、面位置的依据。一般可根
30、据需要选择以下三种类型之一：1)以两个互相垂直的平面(或线)作为基准，如图3-20a所示。焊件上长度方向和高度方向上的尺寸组的标注都以焊件上与该方向垂直的外表面为依据确定的，这两个互相垂直的平面就分别是长度方向、宽度方向的放样基准。2)以两条中心线为基准，如图3-20b所示。焊件上长度方向和高度方向的尺寸分别和与其垂直的中心线对称，且其他尺寸也从中心线起始标注。所以这两条中心线，就分别是这两个方向的放样基准。3)以一个平面和一条中心线为基准，如图3-20c所示。焊件上高度方向的尺寸是以底面为依据，则底面就是高度方向的放样基准；而宽度方向的尺寸对称于垂直底面的中心线，所以中心线就是宽度方向的放样
31、基准。(2)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。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。划基本线型是在结构处理的基础上，确定放样基准和划出焊件的结构轮廓。展开是对不能直接划线的焊件进行展开处理，将焊件摊开在平面上。(3)放样实例钢制座板的图样和放样顺序如图3-21所示。从其形状特点和尺寸标注的情况分析，其底边轮廓线和与其垂直的中心线是图样的设计基准也是放样基准。放样步骤如下：1)划出零件的底边轮廓线和垂直中心线作放样基准，如图3-21b所示。2)量取决定零件外轮廓的几个尺寸，在
32、底边轮廓线上对称量取线段长500mm，过线段两端划垂线并量取高240mm的点，在中心线上量取高600mm的点，如图3-21c所示。3)划半圆弧R100mm，垂直底边划R100mm半圆弧的两条切线，再确定R150mm圆弧的圆心并划R150mm圆弧，确定90mm300mm方孔的位置，如图3-21d所示。4)划出方孔、划出?90mm小孔完成放样，如图3-21e所示。2.展开放样(1)展开原理根据组成零件表面的展开性质，分为可展表面和不可展表面两种。1)焊件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，即凡是以直素线为母线，相邻两条直素线能够成一个平面时(即两素线平行或相
33、交)的曲面，都是可展表面，属于这类表面的有平面立体和柱面、锥面等。2)如果工作的表面，不能自然平整的展开，摊平在一个平面上，就称为不可展表面，即凡是以曲线为母线或相邻两直素线成交叉状态的表面，都是不可展表面，圆球和螺旋面都是不可展表面。(2)展开方法有平行线法、放射线法和三角形法三种。1)平行线展开法是将立体的表面看作由无数条相互平行的素线组成，相邻两素线及其两端线所围成的微小面积作为平面，只要将每一小平面的真实大小，依次顺序的画在平面上，就得到了立体表面展开图。所以只要立体表面素线或棱线是互相平等的几何形体，如各种棱柱体、圆柱体等都可用平行线法展开。等径圆管90弯头的放样基准图与平行线法展开
34、(图3-22)步骤如下：划十字基准线并按实际尺寸划出单节圆管的轮廓线，如图3-22b所示。(忽略圆管的壁厚因素)。过等分点向上作投影辅助线。延长1 7作展开基准线。在展开基准线上，按俯视图中素线间的排列和相互间的真实距离，截取相应的等分，得1、2、3、7、3、2、1共13个等分点，并过这些点划垂线。这相当于将素线按实际位置摊平在一个平面上。过主视图上每条素线的上端点，向右划一系列平行于底边的平行线，与基准线上排列的素线对应相交，得一系列交点。这一步实质上就是将主视图中反映的每条素线的实长移到展开图上。圆滑连接这些交点，即完成节圆管的展开。节圆管亦可按相同方法展开。2)放射线展开法适用于立体表面
35、的素线相交于一点的锥体。展开原理是将锥体表面用放射线分割成共顶的若干三角形小平面，求出其实际大小后依次将它们画在同一平面上，就得所求锥体表面的展开图。斜截正圆锥台的放样基准图与放射线法展开(图3-23)步骤如下：划十字基准线并按实际尺寸划出圆锥台的轮廓线，如图3-23b所示。在俯视图圆周上划出等分(如12等分)，得1、2、3、7、3、2、1共12个等分，如图3-23c所示。过各等分点向上引垂线，与主视图底线相交于1、2、3、7点。过各点与锥顶连线，交斜口于1、2、3、7各点。过1、2、3、7各点作底线的平行线，与锥体轮廓线相交，得一系列交点1、2、3 7。以锥顶O为圆心，以圆锥素线实长为半径划
36、弧，在弧上截取圆锥底圆周长并作相应等分。过各等分点与O连线，即将整体圆锥锥面展开。连接O与各等分点。以O为圆心，以O1、O2、O3O7为半径划弧，与展开锥面上的对应素线相交，得交点1、2、3、7、3、2、1。圆滑连接1、2、3、7、3、2、1各点，即完成展开。3)三角形展开法是将立体表面分割成一定数量的三角形平面，然后求出各三角形每边的实长，并把它的实形依次画在平面上，从而得到整个立体表面的展开图。上圆下方(天圆地方)接头的放样基准图与三角形法展开(如图3-24所示)步骤如下：划一直角，以两直角边作基准划出俯视图的1/4，即完成上圆下方件的放样基准图，如图3-24b所示。在俯视图圆口的14圆周
37、上划分三等分，等分点为1、2、3、4。连接2-A、3-A，将这一锥形弧面划分成三个三角形，如图3-24c所示。以俯视图反映出的三角形各边的投影长度作为一个直角边，用主视图反映出的每条边的投影高度(本例是一个高度)作另一直角边，划直角三角形求实长，如图3-24d所示。3.光学放样 用光学手段(比如摄影)，将缩小的图样投影在钢板上，然后依据投影线进行划线。二、板厚处理二、板厚处理 前面所讲过的各种工件表面展开，当弯曲件的板厚较小时，可直接按标注的直径或半径计算展开长，但当板厚大于1.5mm时，弯曲内外径相差较大，就必须考虑板厚对展开长度、高度以及相关构件的接口尺寸的影响。板厚越大，对这些尺寸的影响
38、也越大。考虑钢板厚度而改变展开作图的图形处理称为板厚处理。1.中性层的确定 现将一厚板卷弯成圆筒，如图3-25a所示。通过图可以看出纤维沿厚度方向的变形是不同的，弯曲后内缘的纤维受压而缩短，而外缘的纤维受拉而伸长。在内缘与外缘之间必然存在弯曲时既不伸长也不缩短的一层纤维，该层称为中性层，中性层的长度在弯曲过程中保持不变，因此可作为展开尺寸的依据，如图3-25b所示。2.中性层的应用 以圆锥管展开的板厚处理为例，圆锥管展开图为扇形，厚板制成的圆锥管，展开弧长取以大端中性层为直径的圆周长。为保证高度尺寸符合图样要求，展开半径取中性层的圆锥素线长。图3-26a为正截头圆锥管，已知图样尺寸D0、d3、
39、及h，经板厚处理得D2、d2、r 及c1。图3-26b为经板厚处理后的放样图，作展开图时就以此图为依据。一般情况下，可以将板厚的中心层作为中性层来计算展开料，但如果板材较厚而弯曲半径小，中性层就会偏离中心层，这时就必须按中性层半径来计算展开长了。中性层的计算公式如下：式中R中性层半径(mm)；r弯板内弯半径(mm)；钢板厚度(mm)；k中性层偏移系数，其值见表3-9。下料下料下料是用各种方法将毛坯或焊件从原材料上分离下来的工序。1.手工下料(1)克切克切与剪床的剪切原理基本相同。它最大特点是不受工作位置和零件形状的限制，并且操作简单、灵活。(2)锯割锯割所用的工具是锯弓和台虎钳。锯割可分手工锯
40、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。经手工锯割的焊件用锉刀简单修整后可以获得表面整齐的切断面。(3)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”喷出形成割缝的工艺。型钢经剪切后的切口处断面可能发生变形，用锯割速度又较慢，所以常用砂轮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。(4)气割将氧气和可燃气体在割炬中混合，通过割炬嘴喷出并燃烧形成高温火焰，预热金属至燃点，并在氧气的助燃作用下剧烈燃烧，在被高速氧气流吹去熔渣，形成切口。气割所需要的主要器具有乙炔瓶和氧气瓶、减压器、输气管和割炬等
41、。金属气割应具备下列条件：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，同时流动性应好。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。3)金属燃烧时应放出较多的热。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。综上所述，适合气割的材料主要有低碳钢、中碳钢和普通低合金钢等。气割的过程如下：气割的过程如下：1)开始气割时首先应点燃割炬，随即调整火焰。预热火焰通常采用中性焰或轻微氧化焰，如图3-27
42、所示。2)开始气割时，必须用预热火焰将切割处金属加热至燃烧温度(即燃点)，一般碳钢在纯氧中的燃点为11001150。注意割嘴与焊件表面的距离保持1015mm，如图3-28所示。3)把切割氧气喷射至已达到燃点的金属时，金属便开始剧烈的燃烧(即氧化)，产生大量的氧化物(熔渣)，由于燃烧时放出大量的热使氧化物呈液体状态。4)燃烧时所产生的大量液态熔渣被高压氧气流吹走。这样由上层金属燃烧时产生的热传至下层金属，使下层金属又预热到燃点，切割过程由表面深入到整个厚度，直到将金属割穿。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
43、。2.机械下料(1)剪切剪切是利用上、下剪切刀刃相对运动切断材料的加工方法。根据剪刃的相对位置和形状，剪切可有龙门剪板机(直线剪切)；圆盘剪切机和振动剪床(曲线剪切)等。龙门剪板机的结构主要包括床身、传动机构、工作机构和辅助机构等，如图3-29所示。根据上、下剪刃的位置不同，龙门剪板机有平刃和斜刃之分。1)平刃剪板机上、下刀刃互相平行夹角为零，如图3-30a所示。剪切时，上、下刀刃全部同时作用在材料上，所需的剪切力较大。但材料受力均匀，切下的零件变形小。所以，平刃剪板机适用于一些薄板制品的下料。剪刃有一定夹角，如图3-30b所示。剪切时，剪刃是逐渐与材料接触来完成剪切的，所需剪切力较小。图中斜
44、角?为上、下剪刃的夹角，一般取26。夹角越大，剪刃和钢板接触的部位越少，所需的剪切力就越小；剪刃间隙s的作用是防止上、下剪刃碰撞和减小剪切力，一般取0.080.5mm。剪刃间隙可以调节，其大小随材料的板厚和性质而定，板材越厚，材料的抗剪强度越高，剪刃间隙就应大一些；剪切角一般为7580，目的是使剪刃容易切入材料内。剪切角的大小直接影响剪刃的强度、剪切的质量和剪切力的大小；后角一般选取1.53，目的是减小刀刃与材料的摩擦。斜刃剪板机可适用较大厚度钢板的剪切。但斜刃剪切时，由于剪切时材料受力不均，剪下的零件变形较大，如图3-31所示。批量生产剪板时，可以利用机床身前、后挡板配合来进行定位剪切。可以
45、省去部分划线工作，提高生产效率和剪切质量，图3-32为利用挡料板的几种形式。图3-32a为利用后挡料板进行定尺剪切。宽度一定的批量长方形工件，多用这种方法进行剪切。图3-32b、c为利用后挡料板，结合在工作台面设置定位挡铁进行剪切。图3-32d为利用前挡板进行定尺剪切。图3-32e、f为利用在工作台面上设置两处定位挡铁进行剪切。圆盘剪床上的上下剪刀皆为圆盘状，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摩擦力而进入刀刃中完成剪切工作，如图3-33所示。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，边缘有毛刺，一般适合于剪切较薄钢板的直线或曲
46、线轮廓。(2)冲裁金属板料受力后，应力超过材料的强度极限，而使材料发生剪裂而分离的过程称为冲裁。冲裁包括落料和冲孔等工序。冲裁时，零件与坯料以封闭的轮廓线分离开，若封闭线以内是零件称为落料，若封闭线以外是零件称为冲孔。1)冲压件的工艺性是指冲压件对冲压工艺的适应性，它包括冲压件在结构形状、尺寸大小、尺寸公差与尺寸基准等方面。在考虑、设计冲压工艺时，应遵循下列原则：有利于简化工序和提高生产率。即用最少和尽量简单的冲压工序来完成全部零件的加工，尽量减少用其他方法加工。有利于提高减少废品，保证产品质量的稳定性。有利于提高金属材料的利用率。减少材料的品种和规格，尽可能降低材料的消耗。有利于简化模具结构
47、和延长冲模的使用寿命。有利于冲压操作，便于组织实现自动化生产。有利于产品的通用性和互换性。有利于产品的通用性和互换性。2)合理排样。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3-34所示。排料时，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3-35中，b为搭边，a为边距。搭边和边距的作用，是用来补偿工件在图3-35搭边及边距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
48、生毛刺，有时还会使搭边拉入模具间隙中。3)影响冲压件质量的因素有以下几方面：如果冲压件的尺寸较小，形状也简单，这样的零件质量容易保证。反之，就易出现质量问题。如果材料的塑性较好，其弹性变形量较小，冲压后的回弹量也较小，因而容易保证零件的尺寸精度。冲压件的尺寸精度取决于上、下模具的刃口部分的尺寸公差，因此冲压模制造的精度越高，冲压件的质量也就越好。上、下模具合理的间隙，能保证良好的断面质量和较高的尺寸精度。间隙过大或过小，使冲压件断面出现毛刺或撕裂现象。4)冲压时板料的分离过程大致可分为弹性变形、塑性变形和剪裂分离三个阶段，如图3-36所示。弹性变形阶段是当凸模在压力机滑块的带动下接触板料后，板
49、料开始受压。随着凸模的下降，板料产生弹性压缩并弯曲。凸模继续下降，压入板料，材料的另一面也略挤入凹模刃口内。这时，材料的应力达到了弹性极限，如图3-36a所示。在塑性变形阶段凸模继续下降，对板料的压力增加，使板料内应力加大。当内应力加大到屈服强度时，材料的压缩弯曲变形加剧，凸模、凹模刃口分别继续挤进板料，板料内部开始产生塑性变形。此时，上下模具刃边的应力急剧集中，板料贴近刃边部分产生微小裂纹，板料开始被破坏，塑性变形结束，如图3-36b所示。随着凸模继续下降，板料上已形成的微小裂纹逐渐扩大，并向材料内部发展，当上下裂纹重合时，材料便被剪裂分离，板料的分离结束，如图3-36c所示。5)冲压模具按
50、其进行冲压工艺中工序的不同，可分为冲裁模具、压弯模具、拉延模具等。(3)热切割热切割包括数控气割、等离子弧切割、光电跟踪气割等。1)数控气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，适用于自动化的成批生产。数控气割是由数控气割机来实现的，该机主要由两大部分组成：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)和执行系统(即切割机部分)，如图3-37所示。2)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。等离子弧切割是
