1、 单元单元4 4 构构 件件 加加 工工钢 材 切 割边 缘 加 工弯 曲 加 工辊压成形加工制 孔 加 工钢构件放样、下料和表面展开单元单元4 4 构构 件件 加加 工工教学导航教学导航4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开图纸是放样的依据，放样前首先要看懂、看通图纸。看图的实质是审查图纸是否有问题，既是放样的准备工作，也是对所要制作的构件（产品）的认识过程。图纸是钣金工从事生产的依据，图中的内容主要包括构件的尺寸、形状、粗糙度、标题栏和有关技术说明五部分。经过看图分析综合就能在头脑中形成该构件的主体概念，想象出该构件（产品）各部分在空间中的相互位置、大小形状，
2、然后便可进行放样。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开 4.1.14.1.1 钢构件放样和下料 放样是钢结构工程的首道工序，其目的如下。（1）设计图纸上不可知的尺寸或近似尺寸及三维结构可以在放样时得到。例如，结构中的三曲面构件，通过放样制作立体样箱可以一目了然。（2）放样以设计图纸为准，发现问题可及时反馈给设计单位，以便及时改进并完善设计。例如，对于有的大型屋架，在对其托架的上弦杆、下弦杆、竖杆、斜杆汇交节点放样后可绘制确切可行的节点图，提请设计单位认可后便可进行施工。放样的目的放样的目的1.4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开（
3、3）通过放样，求得杆件的实长和板件的实际形状后可作为下料的依据。（4）有的工程，按设计要求对桁架大梁或实腹板大梁放样应起拱，并从中可见是否引起其结构尺寸的变化，从而获得第一手资料，作为设计和制作的依据。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开放样工作的内容放样工作的内容2.放样从熟悉图纸开始，首先应仔细阅读技术要求及说明，并逐个核对图纸之间的尺寸和方向等；特别应注意各部件之间的连接点、连接方式和尺寸是否一一对应。放样时应熟悉整个钢结构加工工艺，了解工艺流程及加工过程，以及钢结构加工过程中需用机械设备的性能及规格。在整个钢结构制作中，放样工作是非常重要的一环，因为所有
4、的零件尺寸和形状都必须先行放样，然后依样进行加工，最后才把各个零件装配成一个整体。所以，放样工作的准确与否将直接影响结构的质量。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开原始人工放样所包含的内容有：核对施工图纸的外形尺寸、孔距及各部分的连接尺寸，以11的比例在样板台上弹出大样和节点；制作样板和样杆，作为下料、弯制、铣、刨、制孔等加工的依据。当大样尺寸过大时，可分段弹出。对于一些三角形的构件，若只对其节点有要求，则可缩小比例弹出样子，但应注意其精度。放样弹出十字基准线（两线必须垂直），然后据此十字基准线逐一画出其他各个点及线，并在节点旁注上尺寸，以备复查及检验。4.1
5、4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开放样、下料所用工具放样、下料所用工具3.样板一般用0.50.75 mm的铁皮或塑料板制作。样杆一般用钢皮或扁铁制作，当长度较短时可用木样杆。用作计量长度依据的钢盘尺附有偏差卡片，使用时按偏差卡片的记录数值校对其误差数。钢结构制作、安装、验收及土建施工用的量具，必须用同一标准进行鉴定，应具有相同的精度等级。样板、样杆上应注明工号，图号，零件号，数量及加工边、坡口部位，弯折线和弯折方向，孔径和滚圆半径等。由于生产的需要，通常需制作适应于各种形状和尺寸的样板与样杆。放样下料用的工具有划针、冲子、手锤、粉线、弯尺、直尺、钢卷尺、大钢卷尺、剪子
6、等。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开放样、下料的发展历程及趋势放样、下料的发展历程及趋势4.半个多世纪以来，放样发展很快，从手工11实尺放样发展到现在的计算机放样。古代的木工大师鲁班放大样，就是实尺放样，钢结构铆接也是手工实尺放样。当时有一个叫作“抹眼”的工种，该工种负责放样、排列铆钉孔（孔是用铜管蘸上白油漆抹出来的，因此该工种就称“抹眼”），还负责下料。当时的放样、制作样板称为出样。20世纪50年代中期，焊接结构替代铆接结构，“抹眼”改称装配工，中小企业钢结构装配工一专多能，会放样、下料和装配；大型企业分放样、拉画线、装配等工种。手工放样时，要蹲着操作、跪
7、着画线，工作效率不高；下料时用石笔画线，敲上锘子印作为剪切的依据。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开随着钢结构向大型化发展，实尺放样受到限制，从20世纪70年代开始采用比例放样与光学投影下料工艺。其原理是将构件用110的比例绘制成图，采用光学投影，在钢板上显示出实际尺寸，由于钢板表面涂有感光材料，一经照射便会留下清晰的线条，可达到下料的目的。采用这种工艺的图形误差不大于2 mm，工作效率较高，实动工时为手工实尺放样的60，下料工时为手工下料的40，样台占地面积为手工实尺放样的20。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开随着计算机技
8、术的发展，在钢结构制作中逐渐开始采用数学放样，即通过输出数据（软盘）进行数控切割，或输出到型钢冷弯机进行型钢加工，一般用于三向光顺、结构排列、结构展开。数学放样把钢结构手工放样、下料、切割三道工序转变为计算机数据处理和数控下料切割。若已知钢板的规格，则可运用计算机进行排料（套料），然后将输出数据输出到数控切割机，便可切割出所需形状的工件。建筑桁架管结构制作常用CNEG系列数控管道切割机，它是把放样、下料、切割三道工序合而为一的专用设备，适用于建筑业。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开 4.1.24.1.2 钢构件表面展开将构件的表面按其实际形状和大小摊平在一个
9、平面上称为构件表面展开。展开后所得到的平面图形称为该构件的展开图。构件表面展开的原理是：一段圆弧线细分成很多短弧线段之后，可以把短弧线段近似地当作直线段处理；一个曲面细分成很多小曲面之后，可以把小曲面近似地当作平面处理。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开（1）若构件的表面是由一组相互平行的直素线构成的（如直圆管、棱柱等），则可用平行线法展开。（2）若构件的表面是由一组直素线构成的，且这组直素线都汇交于一个共同点（如圆锥、斜圆锥、棱锥等），则可用放射线法展开。（3）若构件的表面既不是由一组相互平行的直素线构成的，也不是由一组汇交于一个共同点的直素线构成的（如螺旋
10、叶片等），则可用三角形法展开。图4-1所示为不同的构件表面展开。4.1 4.1 钢构件放样、下料和表面展开钢构件放样、下料和表面展开图图4-14-1不同的构件表面展开不同的构件表面展开4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割钢材切割技术的发展历史为：20世纪5070年代，主要使用剪切切割机氧-乙炔气割（50年代主要使用手动气割，6070年代主要使用自动气割）；80年代以后等离子切割开始受到青睐；1993年以后，激光切割的发展使得材料基本不受热影响并可以实现无人操作。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割 4.2.14.2.1 气割气割的原理气割的原理1.气割的原理是：利用气体火焰的热能将钢件切割
11、处预热到一定温度，然后以高速切割氧流使钢燃烧并放出热量实现切割。常用氧-乙炔焰作为气体火焰切割，也称氧-乙炔气割。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割1 1）氧气的性质）氧气的性质氧气是一种无色、无味的气体，和乙炔混合燃烧时的温度可达3 150 以上，最适合用于焊接和气割。纯氧在高温下很活泼。当温度不变而压力增加时，氧气可以和油类发生剧烈的化学反应而引起发热、自燃，产生强烈的爆炸，因此要严防氧气瓶同油脂接触。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割2 2）乙炔的性质）乙炔的性质4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割气割的过程和条件气割的过程和条件2.1 1）气割的过程）气割的过程气割的过程可分
12、为金属的预热、金属的燃烧和氧化物的吹走。开始进行气割时，必须用预热火焰将气割处的金属预热到燃点（碳钢的燃点为1 1001 150），然后把气割氧喷射到温度达到燃点的金属上并使其剧烈地燃烧，产生大量的氧化物（熔渣）；金属燃烧时放出大量的热，使氧化物（熔渣）被吹走，这样，上层金属氧化时产生的热传至下层金属，使下层金属预热到燃点，气割过程由表面深入到整个厚度，直至将金属割穿。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割2 2）气割的条件）气割的条件（4）金属的导热性不能过高。（2）氧化物的熔点低于金属本身的熔点。（1）金属在氧气中的燃点低于金属的熔点。（3）金属在燃烧时能放出较多的热。4.2 4.2 钢钢
13、 材材 切切 割割气割设备气割设备3.1 1）手工割炬）手工割炬手工割炬有射吸式割炬和等压式割炬两种。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割射吸式割炬由预热部分和切割部分组成，氧气从氧气接头进入后分成两路，一路由预热火焰的氧气控制阀进入射吸室，产生射吸作用，与乙炔气混合组成预热火焰；另一路由切割氧气阀控制，在工件预热到可进行切割状态时，打开气阀，射出切割氧气射流，进行切割。射吸式割炬是目前使用较多的手工割炬。（1）射吸式割炬。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割等压式割炬的乙炔、预热火焰的氧气和切割火焰的氧气分别由单独的管子通入割嘴，但由于预热氧气和乙炔处于自由状态，因此没有射吸作用，需在割
14、嘴内混合后再在割嘴外产生预热火焰。等压式割炬必须使用中压乙炔或高压乙炔才能使火焰燃烧稳定，不易回火，所以又称为高压割炬。（2）等压式割炬。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割2 2）半自动气割机）半自动气割机半自动气割机是能够移动的小车式气割机，它由切割小车、导轨、割炬、气体分配器、自动点火装置及割圆附等组成。半自动气割机在我国应用广泛，常用的是GC1-30型半自动气割机，该自动气割机可进行直线和直径大于200 mm的圆周、斜面、V形坡口等形状的气割。半自动气割机如图4-2所示。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割图图4-24-2半自动气割机半自动气割机4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割
15、割3 3）自动气割机）自动气割机现在，国外已广泛使用数控气割机。我国已能自行设计和制造光电跟踪气割机与数控气割机，并在生产中使用。自动气割机如图4-3所示。图图4-34-3自动气割机自动气割机4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割 4.2.24.2.2 等离子切割等离子切割是应用特殊的割炬，在电流、气流及冷却水的作用下产生高达20 00030 000 的等离子弧熔化金属而进行切割的。等离子切割具有切割温度高、冲刷力大、切口较窄、切割边质量好、变形小、可以切割高熔点金属等特点，适用于不锈钢、铝、铜及其合金等的切割，在一些尖端技术方面应用广泛。等离子切割机如图4-4所示。4.2 4.2 钢钢 材材
16、 切切 割割图图4-44-4等离子切割机等离子切割机 4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割等离子弧焰切割是一种热切割，它以高温高速等离子弧焰流为热源，以压缩空气或其他切割气体为工作气体，将被切割的金属局部熔化，并同时用高速气流将已熔化的金属吹走形成狭窄切缝。等离子弧焰流的温度极高，可达10 00030 000，远远超过了所有金属或非金属材料的熔点，因此，等离子弧焰切割不是依靠氧化反应，而是靠熔化来切割材料的，它切割的适用范围比气割大得多，几乎能切割所有的金属、非金属、多层及复合材料。等离子弧焰切割常用于不锈钢厚板的切割，如图4-5所示。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割图图4-54-5使
17、用等离子弧焰切割技术切割不锈钢厚板使用等离子弧焰切割技术切割不锈钢厚板4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割 4.2.34.2.3 激光切割激光切割的原理是：利用高功率密度的激光束扫描材料表面，在极短时间内将材料加热到几千至上万摄氏度，使材料熔化或气化，再用高压气体将熔化或气化的物质从切缝中吹走，达到切割材料的目的。激光束聚焦成很小的光点后，焦点处可达到很高的功率密度，这时光束输入的热量远远超过被材料反射、传导或扩散部分的热量，材料很快被加热至气化程度，蒸发形成孔洞，孔洞随着光束与材料进行相对线性移动，连续形成宽度很窄的切缝，因此，切边受热影响很小，工件基本没有变形。激光切割如图4-6所示。4
18、.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割图图4-64-6激光切割激光切割4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割激光切割具有以下特点。（1）激光切割的切缝窄，工件变形小。激光切割的切径宽度一般小于0.5 mm，但也有 1 mm左右的。切径宽度与工件的材料及厚度、激光束的功率、焦距及焦点的位置、激光束的直径、喷吹气体的压力及流量等因素有关。（2）激光切割无毛刺、皱折，精度高，而且切割后的工件无须清理，其优于等离子切割、气割等常规切割方法。（3）容易实现自动化激光切割。目前，气体激光器的功率数量级已达到万瓦级，其切割普通碳钢板的厚度可达1015 mm，因此，可以预料激光切割在建筑钢结构下料中会有越来越广
19、泛的应用。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割 4.2.44.2.4 机械切割钢材剪切钢材剪切1.钢材剪切是通过两剪刃的相对运动切断材料的加工方法。龙门剪板机是钢结构制造厂使用最广的一种剪切机械，如图4-7所示。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割图图4-74-7龙门剪板机龙门剪板机4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割钢材锯割钢材锯割2.在钢结构制造厂，常用的锯割机械有弓形锯、带锯、圆盘锯、摩擦锯和砂轮锯，如图4-8所示。锯割机械的主要用途是切割各类型钢。4.2 4.2 钢钢 材材 切切 割割图图4-84-8常用的锯割机械常用的锯割机械4.3 4.3 边边 缘缘 加加 工工在钢结构制作中
20、，经过剪切或气割过的钢板边缘，其内部会硬化或变态。因此，须将下料后的边缘刨去24 mm，以保证质量，如桥梁或重型吊车梁的重型构件。此外，为了保证焊缝质量、工艺性焊透及装配的准确性，对于桥梁的重型构件，要将钢板边缘刨成或铲成坡口；对于重型吊车梁的重型构件，要将钢板边缘刨直或铣平。需要进行边缘加工的部位有吊车梁翼缘板、支座支承面等具有工艺性要求的加工面，设计图纸中有技术要求的焊接坡口，尺寸精度要求严格的加劲板、隔板、腹板及有孔眼的节点板等。常用的边缘加工方法有铲边、刨边、铣边和碳弧气刨边四种。4.3 4.3 边边 缘缘 加加 工工铲边铲边1.铲边是指通过对铲头的锤击作用铲除金属边缘的多余部分而形成
21、坡口。铲边分为手工铲边和机械铲边。手工铲边主要使用手锤和手铲等，机械铲边使用风动铲锤和铲头等。4.3 4.3 边边 缘缘 加加 工工刨边刨边2.刨边主要是使用刨边机（见图4-9）进行加工。刨边的构件加工有直边和斜边两种。刨边加工的余量随钢材的厚度和钢板的切割方法的不同而不同，一般刨边加工的余量为24 mm。4.3 4.3 边边 缘缘 加加 工工图图4-94-9刨边机刨边机4.3 4.3 边边 缘缘 加加 工工铣边铣边3.对于有些构件的端部，可采用铣边（端面加工）的方法代替刨边。铣边是为了保持构件的精度，使其受力由承压面直接传至底板支座，以减少连接焊缝的焊脚尺寸。一般需要进行铣边的部位有吊车梁、
22、桥梁等的接头部分，钢柱或塔架等的抵承部位等。铣边加工一般是在端面铣床或铣边机上进行的。4.3 4.3 边边 缘缘 加加 工工碳弧气刨边碳弧气刨边4.碳弧气刨边的原理是：以碳棒为电极，在碳棒与被刨削的金属间产生电弧（此电弧具有6 000 左右的高温），将金属加热到熔化状态，然后用压缩的空气气流把熔化的金属吹掉，达到刨削或切削金属的目的。4.4 4.4 弯弯 曲曲 加加 工工弯曲加工的含义和分类弯曲加工的含义和分类1.弯曲加工是根据构件形状的需要，利用加工设备和一定的工、模具，把板材或型钢弯制成一定形状的工艺方法，如图4-10所示。4.4 4.4 弯弯 曲曲 加加 工工图图4-104-10弯曲加工
23、弯曲加工4.4 4.4 弯弯 曲曲 加加 工工弯曲加工按加工方法不同分为压弯、滚弯、拉弯，按加热程度分为冷弯和热弯。冷弯是指在常温下进行的弯曲加工，适用于一般薄板、型钢等的加工。热弯是将钢材加热至9501 100，在模具上进行的弯曲加工，适用于厚板及形状较复杂的构件、型钢等的加工。4.4 4.4 弯弯 曲曲 加加 工工弯曲线与材料纤维方向的关系弯曲线与材料纤维方向的关系2.（2）当弯曲线与材料纤维方向平行时，材料的抗拉强度较差，容易产生裂纹，甚至断裂。（1）当弯曲线与材料纤维方向垂直时，材料具有较大的抗拉强度，不易产生裂纹。（3）双向弯曲时，弯曲线应与材料纤维方向成一定的角度。4.4 4.4
24、弯弯 曲曲 加加 工工弯曲变形的回弹弯曲变形的回弹3.弯曲过程是材料发生弹性变形后，再达到塑性变形的过程。材料发生塑性变形时，其外层受拉伸，内层受压缩；拉伸和压缩使材料内部产生应力；应力使材料在变形过程中存在一定的弹性变形，当失去外力作用时，材料就会产生一定程度的回弹。4.4 4.4 弯弯 曲曲 加加 工工影响材料回弹的因素如下。（1）材料的机械性能。材料的屈服强度越大，回弹就越大。（2）变形程度。材料弯曲半径R与材料厚度t之比R/t的数值越大，回弹就越大。（3）变形区域。材料变形区域越大，回弹就越大。（4）摩擦情况。材料表面与模具表面之间的摩擦力直接影响坯料各部分的应力状态。大多数情况下，摩
25、擦力会增大弯曲变形区的拉应力，使回弹减小。4.5 4.5 辊压成形加工辊压成形加工板材的辊压成形加工板材的辊压成形加工1.板材的辊压成形加工即卷板。卷板是压力容器类结构件筒节制造的必需工艺方法之一。钢板卷板一般在数控卷板机上完成，分为热卷板和冷卷板两种方式，如图4-11所示。4.5 4.5 辊压成形加工辊压成形加工图图4-114-11钢板卷板钢板卷板4.5 4.5 辊压成形加工辊压成形加工压力容器的筒节毛坯制造有两种方法，即轧制板热卷后焊接成圈和铸造圈坯后锻造成圈。前者是沿用多年的方法，其优点是筒体材料可选用商品热轧板，再用大型卷板机热卷，但热卷的压力容器筒体材料的显微组织的性能不如热锻件；后
26、者的优点是锻件质量高，但必须拥有万吨级以上的大型锻造液压机。目前的卷板机采用压辊压力数控系统，提高了卷板精度。4.5 4.5 辊压成形加工辊压成形加工型钢的辊压成形加工型钢的辊压成形加工2.成品供应的型钢（I型钢、T型钢、L型钢、条形扁钢等）都可通过三辊式的型钢辊压设备辊压成具有一定曲率半径的环状型钢，如图4-12所示。由于型材的截面不对称，因此在辊压时重心线与外力作用线不在同一平面上，容易造成型材除受弯矩作用外，还受到扭矩的作用，使型材截面发生畸变。图图4-124-12型钢辊压型钢辊压4.6 4.6 制制 孔孔 加加 工工制孔的含义和分类制孔的含义和分类1.制孔是指用孔加工机械或机具在实体材
27、料（如钢板、型钢等）上加工孔的作业。制孔在钢结构制作中占有一定的比例，尤其是高强螺栓的采用，使制孔加工在数量和精度上都有了很大的提高。制孔通常有钻孔和冲孔两种方法。实际工程中普遍采用钻孔，它采用切削的原理，精度高，对孔壁的损伤小。冲孔一般只用于较薄钢板和非圆孔的加工，而且要求孔径一般不小于钢材的厚度。4.6 4.6 制制 孔孔 加加 工工钻孔的加工方法钻孔的加工方法2.1 1）画线钻孔）画线钻孔钻孔前先在构件上画出孔的中心和直径，在孔的圆周上（90位置）打四个冲眼，用于钻孔后检查；在孔中心打一个大而深的冲眼，在钻孔时用于钻头定心。画线工作一般使用划针和钢尺。为提高钻孔效率，可将数块钢板重叠起来
28、一起钻孔，但重叠板厚一般不超过50 mm，而且重叠板边必须用夹具夹紧或点焊固定。测厚板和重叠板钻孔时要检查平台的水平度，以防止孔的中心倾斜。4.6 4.6 制制 孔孔 加加 工工2 2）钻模钻孔）钻模钻孔当批量大、孔距精度要求较高时，应采用钻模钻孔。钻模分为通用型、组合型和专用型。通用型积木式钻模可在模具出租站订租，组合型和专用型钻模则由本单位设计制造。4.6 4.6 制制 孔孔 加加 工工3 3）数控钻孔）数控钻孔数控钻孔无须在工件上画线和打样冲眼，整个过程都是在数控钻床（见图4-13）上自动进行的。数控钻床采用高速数控定位，钻头行程由数字控制，钻孔效率和精度都较高。4.6 4.6 制制 孔孔 加加 工工图图4-134-13数控钻床数控钻床4.6 4.6 制制 孔孔 加加 工工数控三向多轴钻床各坐标移动均采用伺服电机驱动，操作方便、灵活，精度稳定，其生产效率比摇臂钻床提高了几十倍，数控三向多轴钻床各坐标与钻床形成连动生产线，是目前钢结构加工的发展趋向。THANK YOU
