型鋼成形加工分解

1、第三節(jié) 船體型鋼構(gòu)件的成形加工,非平直船體構(gòu)件在邊緣加工后，應(yīng)進(jìn)行成形加工目的是求得要求的空間形狀,是展開的逆過程一、肋骨成形方法及其分類 船體形狀主要是由肋骨線型決定肋骨加工成形的質(zhì)量直接影響到船體的建造質(zhì)量,肋骨成形加工的方法,①手工熱彎成形②中頻加熱肋骨彎曲淬火機(jī)熱彎成形③型鋼矯直機(jī)冷彎成形④三輪滾彎?rùn)C(jī)滾彎成形⑤多模頭一次成形數(shù)控肋骨拉彎?rùn)C(jī)冷彎成形⑥三支點(diǎn)肋骨冷彎?rùn)C(jī)冷彎成形⑦純彎曲原理肋骨冷彎?rùn)C(jī)冷彎成形,肋骨成

2、形方法的分類,1.按加工時(shí)是否對(duì)型材預(yù)熱分類分為冷彎成形加工和熱彎成形加工冷彎成形是在常溫下直接施加外力使型材產(chǎn)生塑性變形，將其彎成要求的形狀，如方法③?⑦熱彎成形是將型材加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其塑性增加而易于變形，再施加外力將其彎成要求的形狀，如方法①②,2.按型材的進(jìn)給方式分類,分為連續(xù)進(jìn)給成形、逐段進(jìn)給成形和一次成形等三種加工方法連續(xù)進(jìn)給加工方式(方法②、④)適合于加工圓形肋骨 加工任意曲線形狀時(shí)操作較復(fù)雜一次成形加

3、工(方法⑤)是指整根肋骨的形狀一次加工成形,三輪滾彎?rùn)C(jī)滾彎肋骨示意圖,多模頭數(shù)控拉彎?rùn)C(jī)工作原理,應(yīng)用拉彎原理設(shè)計(jì)的多模頭數(shù)控肋骨拉彎?rùn)C(jī)，能使肋骨一次加工成形該機(jī)的各個(gè)模頭用數(shù)控方法布置成所需的肋骨曲線形狀被加工型材的兩端分別夾住，由拉伸機(jī)構(gòu)施加拉力拉力值略大于型材的屈服極限值再操縱模頭頂壓型材進(jìn)行拉彎加工,多模頭一次成形數(shù)控肋骨拉彎?rùn)C(jī),多模頭數(shù)控拉彎?rùn)C(jī)的應(yīng)用,由于型材兩側(cè)均有模頭，可以加工S形肋骨這種方法從自動(dòng)化角度看比較簡(jiǎn)單

4、因?yàn)橐m應(yīng)船體肋骨的最大長(zhǎng)度，所以設(shè)備龐大、投資多不易預(yù)計(jì)型材彎曲時(shí)的回彈量，要準(zhǔn)確地成形肋骨須經(jīng)過反復(fù)修正,逐段進(jìn)給成形加工,逐段進(jìn)給成形加工是國(guó)內(nèi)最常見的加工方法(方法③、⑥、⑦)特點(diǎn)是進(jìn)給一段彎曲一段，一段型材彎曲成形后，再進(jìn)給新的一段這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，較易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,3.按型材的受力狀態(tài)分類,可分為拉彎原理、集中力彎曲原理和純彎曲原理三種類型 應(yīng)用拉彎原理的肋骨冷彎?rùn)C(jī)(方法⑤)比較少見型材在彎曲過程中不

5、出現(xiàn)壓應(yīng)力產(chǎn)生皺折現(xiàn)象的可能性較小對(duì)高腹板的船體型材進(jìn)行拉彎加工時(shí)，容易使型材受到破壞,集中力彎曲原理,用集中力彎曲原理加工型材是一種傳統(tǒng)的方法(方法③、④、⑥)目前多數(shù)肋骨冷彎?rùn)C(jī)是應(yīng)用這一原理制造的集中力彎曲需要三個(gè)作用點(diǎn)，所以也稱為三支點(diǎn)彎曲型材在集中載荷Ｐ作用下產(chǎn)生剪切力N和彎距Ｍ,左圖為集中力彎曲的受力情況,右圖為純彎曲的受力情況,純彎曲原理,純彎曲是指梁截面上僅有彎矩而沒有剪力作用，梁處于平面彎曲狀態(tài)獲得梁的純彎曲

6、的方法是使簡(jiǎn)支梁對(duì)稱地承受兩個(gè)相等的集中載荷集中載荷間的l段梁處于純彎曲狀態(tài)梁段內(nèi)任一截面處 彎矩：M=Pa； 剪力：Q=0,二、型鋼構(gòu)件冷彎成形,1.三支點(diǎn)逐段進(jìn)給式肋骨冷彎?rùn)C(jī),機(jī)床工作部分的示意圖見右圖,中間為固定夾頭兩側(cè)為活動(dòng)夾頭可夾持型材做進(jìn)退和旋轉(zhuǎn),三支點(diǎn)冷彎?rùn)C(jī)工作過程,冷彎某一段型材時(shí)，可動(dòng)夾頭連同所夾持的型材進(jìn)退和旋轉(zhuǎn)三個(gè)夾頭對(duì)型材施加外力使其彎制成所需的形狀一段彎好后，再進(jìn)給一段，逐段彎制出整根型材彎

7、曲時(shí)，夾頭上的加緊裝置將型材復(fù)板加緊，以防止型材在彎曲過程中產(chǎn)生翹曲和皺折,三支點(diǎn)冷彎?rùn)C(jī)的優(yōu)缺點(diǎn),這種肋骨冷彎?rùn)C(jī)優(yōu)點(diǎn)較多，使用較普遍但也存在諸如被彎曲的肋骨上壓痕大、加工效率不高等缺點(diǎn)同時(shí)三支點(diǎn)冷彎成形中，集中力作用處的彎矩最大容易形成塑性鉸，產(chǎn)生局部變形,2.純彎曲原理肋骨冷彎?rùn)C(jī),圖示為國(guó)內(nèi)研制的50噸純彎曲原理肋骨冷彎?rùn)C(jī)的主要工作部分,,純彎曲冷彎?rùn)C(jī)的結(jié)構(gòu),采用四支點(diǎn)彎曲方式,機(jī)械部分組成 水平彎曲機(jī)構(gòu) 垂向彎曲機(jī)構(gòu) 進(jìn)

8、料機(jī)構(gòu) 正位機(jī)構(gòu) 壓印機(jī)構(gòu),純彎曲冷彎?rùn)C(jī)的夾緊形式,中夾頭設(shè)有兩個(gè)頂彎柱,側(cè)夾頭體各有一個(gè)頂彎柱四個(gè)頂彎柱使型材在腹板平面內(nèi)(機(jī)床水平平面)內(nèi)按純彎曲原理進(jìn)行彎曲,純彎曲冷彎?rùn)C(jī)的工作方式,彎曲機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)首先使三個(gè)垂直安置的夾緊油缸驅(qū)動(dòng)三個(gè)夾頭夾緊型材的腹板然后由兩個(gè)水平安置的彎曲油缸分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)側(cè)夾頭體做水平方向的前后運(yùn)動(dòng)逐段進(jìn)給逐段彎曲成形,純彎曲冷彎?rùn)C(jī)的優(yōu)點(diǎn)(1),加工質(zhì)量好 型材上載荷作用處壓痕顯著減小 加

9、工時(shí)是用不同曲率的圓弧擬合肋骨曲線，光順性較好 三支點(diǎn)彎曲時(shí)，載荷作用處的局部變形最大，肋骨的光順性相對(duì)較差,純彎曲冷彎?rùn)C(jī)的優(yōu)點(diǎn)(2),加工效率高 用純彎曲原理加工肋骨，型材塑性變形區(qū)大 可增加每次進(jìn)給的長(zhǎng)度，從而提高加工速度 較三支點(diǎn)肋骨冷彎?rùn)C(jī)可提高工效一倍以上,純彎曲冷彎?rùn)C(jī)的優(yōu)點(diǎn)(3),機(jī)床的性能比較完善 肋骨可成對(duì)加工也可單根加工 設(shè)置旁彎(垂向彎曲)校正機(jī)構(gòu)——被加工的型材多為非對(duì)稱剖面，在彎曲過程中會(huì)

10、產(chǎn)生旁彎變形 型材進(jìn)給操作靈活 可作為型材矯直機(jī)使用,3.肋骨冷彎成形的若干問題,(1)檢測(cè)和控制成形的方法肋骨冷彎?rùn)C(jī)需要一定的檢測(cè)和控制成形方法校對(duì)型材腹板邊緣，使之與要求的曲線一致沒有采用數(shù)控程序的冷彎?rùn)C(jī)，常用的控制成形的方法有鐵樣(樣板)人工對(duì)樣、逆直線法和仿形控制法,,① 鐵樣(樣板)人工對(duì)樣,需要依據(jù)放樣提供的結(jié)構(gòu)型線制作鐵樣或樣板、費(fèi)工費(fèi)料在型材加工過程中用它反復(fù)檢查(校對(duì))所彎曲型材腹板邊緣操作繁復(fù)，對(duì)工

11、人技術(shù)水平要求較高② 逆直線法逆直線在彎曲前的平直型材上是一根曲線型材彎曲到腹板邊緣與結(jié)構(gòu)型線吻合時(shí)，曲線變?yōu)橐桓本€,,逆直線法加工,準(zhǔn)確地求取逆直線的形狀是逆直線加工的關(guān)鍵在型材彎制過程中，可以通過檢測(cè)逆直線是否變直來控制構(gòu)件的成形逆直線方法主要適用于腹板較高、曲度較小的肋骨省去制作樣板的材料和工時(shí)但需要求作逆直曲線，而且在加工時(shí)的檢測(cè)也較繁復(fù),,③仿形控制法,針對(duì)數(shù)控肋骨冷彎?rùn)C(jī)尚未普及，解決肋骨冷彎人工對(duì)樣的困難而研

12、究的一種成形控制方法所謂仿形控制，就是在肋骨冷彎?rùn)C(jī)上安裝一套仿形裝置彎制肋骨時(shí)，使鐵樣與肋骨同步進(jìn)給，肋骨逐段彎曲,,仿形裝置示意圖,,,,仿形控制法工作原理,保證每段肋骨和鐵樣在y方向上的距離為一定值y0肋骨即可彎制成與鐵樣相同的形狀坐標(biāo)系中任一曲線f(x)上各點(diǎn)沿y方向做距離為y0的平移，所得各點(diǎn)構(gòu)成的新曲線F(x)F(x)與原曲線f(x)的形狀完全相同,,仿形裝置的構(gòu)成,主要由平移機(jī)構(gòu)和檢測(cè)機(jī)構(gòu)組成,平移機(jī)構(gòu)使滑塊在小車

13、上沿y方向滑動(dòng)，小車在軌道上橫向(x方向)平移,仿形裝置的平移滑塊,滑塊夾臂分別夾住型材和鐵樣型材和鐵樣的端點(diǎn)在y方向上始終相距y0,型材進(jìn)料和彎曲時(shí)帶動(dòng)滑塊平移檢測(cè)機(jī)構(gòu)上有兩個(gè)仿形觸桿,仿形裝置的檢測(cè)機(jī)構(gòu),觸桿1始終保證鐵樣與肋骨的距離為y0兩個(gè)觸桿間為正在加工的肋骨段,加工肋骨段與對(duì)應(yīng)的鐵樣型線之間的偏差可在觸桿2上反映出來,檢測(cè)偏差P0=y0-y,判斷加工偏差的大小和方向操縱彎曲機(jī)構(gòu)對(duì)肋骨進(jìn)行彎曲,彎曲回彈后，若偏差消失(

14、或小于允許誤差)，表明肋骨彎曲成形合格,(2)型材冷彎時(shí)的附加變形 以及消除措施,角鋼和球扁鋼為不對(duì)稱型材，塑性彎曲時(shí)會(huì)產(chǎn)生旁彎、倒邊、扭曲和皺折等嚴(yán)重影響加工質(zhì)量的變形,旁彎變形在不對(duì)稱型材成形加工時(shí)很容易形成產(chǎn)生的原因如圖示,旁彎變形的產(chǎn)生,開口薄壁構(gòu)件剖面形心和扭心不重合型鋼在XOY平面(腹板平面)內(nèi)彎曲,受彎矩MZ作用，腹板邊緣的應(yīng)力在橫剖面的合力對(duì)Y軸的力矩不平衡,在XOZ平面產(chǎn)生另一彎矩MY，使型鋼腹板厚度方向彎

15、曲變形即旁彎變形,旁彎變形的預(yù)防與消除,主要采用預(yù)置反變形量和設(shè)置垂向彎曲系統(tǒng)反變形等兩種措施倒邊是型材成形過程中產(chǎn)生的面板與腹板之間夾角減小的剖面畸變這種現(xiàn)象可以用最小阻力定律解釋彎曲時(shí)距離中性軸愈遠(yuǎn)的材料，變形阻力愈大為減小變形阻力，材料有向中性軸靠近的趨勢(shì)，于是造成剖面畸變,倒邊、扭曲、皺折與預(yù)防,倒邊和旁彎變形在長(zhǎng)度方向上的積累，就形成了肋骨長(zhǎng)度方向上的扭曲現(xiàn)象預(yù)防倒邊大都用加墊硬面板的方法皺折變形是型材在反彎加工時(shí)

16、，型線邊緣一側(cè)受壓應(yīng)力作用因失穩(wěn)而產(chǎn)生的多余變形消除皺折常用上下平面加力夾持腹板塑性變形區(qū)和加密壓點(diǎn)等辦法,拉壓塑性變形,型鋼在彎曲過程中產(chǎn)生的塑性變形區(qū)受拉受壓兩個(gè)部分腹板厚度較小，受壓區(qū)失穩(wěn)皺褶，受拉伸易翹曲腹板愈高，兩種變形愈厲害預(yù)防辦法，增大壓緊面積,其它方法,預(yù)防和消除旁彎、倒邊、扭曲和皺折現(xiàn)象的手段失效或效果不佳，則只能采用水火矯正或機(jī)械壓平手段來進(jìn)行矯正這樣會(huì)使余下的加工變得十分困難關(guān)鍵是任何矯正措施都有可能使

17、已經(jīng)成形的肋骨線型走樣，需再次修正甚至多次修正，耗工費(fèi)力,(3)型鋼冷彎的回彈及其處理,冷彎過程中，型材在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，并伴隨有彈性變形外力卸除后彈性變形的恢復(fù)即為回彈，這是彈性材料的固有特性回彈的客觀存在，給肋骨的冷彎工藝及準(zhǔn)確成形帶來不利影響正確處理好回彈因素，對(duì)提高肋骨冷彎的效率和質(zhì)量十分重要,處理回彈的兩種方法,理論計(jì)算方法 力學(xué)方法預(yù)先計(jì)算可能的回彈量 將它疊加到彎曲量上使型材過量彎曲，待回彈后即能準(zhǔn)確

18、成形逐步逼近彎曲法 每次彎曲后測(cè)出實(shí)際回彈量，再按實(shí)測(cè)回彈量對(duì)型材做過量彎曲 如此反復(fù)，使肋骨逼近成形型線,力學(xué)方法計(jì)算回彈量,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況有一定出入原因較多： 軋制時(shí)的殘余應(yīng)力分布不知 材質(zhì)的不均→彈性模量E不是常數(shù) 幾何尺寸的非一致→剖面慣性矩I的準(zhǔn)確性問題 力學(xué)計(jì)算模型的近似簡(jiǎn)化問題近似計(jì)算可以給出一個(gè)定量的范圍,塑性彎曲,塑性彎曲假設(shè)：材料的強(qiáng)化特性僅與變形程度有關(guān)(可使用б―ε曲線)忽略剪應(yīng)

19、力τ(純彎曲)，平斷面假設(shè)成立根據(jù)相對(duì)彎曲半徑(r=ρ/h, ρ為曲率半徑，h為腹板高度)的數(shù)值，塑性彎曲分為三種情況：三向純塑性彎曲、線性純塑性彎曲和彈塑性彎曲,塑性彎曲的三種情況,r＜3~5為三向純塑性彎曲，應(yīng)變數(shù)值大，處于σ―ε曲線的第三段3~5≤r≤200為線性純塑性彎曲，處于σ―ε曲線的第二段r＞200為彈塑性彎曲，由邊緣層的應(yīng)變從彈性過渡到塑性開始船體肋骨梁：r在8-200之間，可以認(rèn)為是處于線性純塑性彎曲階段，因

20、此可以得到梁彎曲時(shí)的彎距,塑性彎曲的計(jì)算公式(1),W-剖面模數(shù)(mm3),S-剖面靜距(mm3)σs-屈服極限(Pa),-材料的強(qiáng)化系數(shù)(Pa),Ψ1-形狀系數(shù)，僅與剖面形狀有關(guān),Ψ0-相對(duì)強(qiáng)化系數(shù)，僅與材料機(jī)械性能有關(guān),塑性彎曲的計(jì)算公式(1),Δ-中性層移動(dòng)距離,-卸載后半徑,φ-回彈前中性層至斷面形心距離,-中性層的相對(duì)曲率半徑,三、型鋼構(gòu)件的熱彎成形,冷彎工藝以前，多數(shù)大曲率型材采用大火熱彎法彎制這種工藝燃料耗費(fèi)多，勞動(dòng)強(qiáng)

21、度高，被冷加工所取代部分小型船廠仍在采用 熱軋狀態(tài)的低合金鋼型材彎曲成形后，須經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理(淬火和回火)才能達(dá)到船體構(gòu)件的性能要求,中頻感應(yīng)加熱彎曲淬火工藝,中頻感應(yīng)加熱彎曲淬火工藝徹底改革了舊的彎曲、淬火工藝?yán)吖菑澢尚魏痛慊鸬馁|(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，使勞動(dòng)強(qiáng)度大為減輕該工藝針對(duì)熱軋低合金鋼須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的要求，在一臺(tái)中頻加熱彎曲淬火機(jī)床上完成肋骨的彎曲和淬火便于組成彎曲—淬火—回火的生產(chǎn)流水線,,中頻加熱,利用2500Hz的電流

22、通過感應(yīng)器4產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)型材7在主動(dòng)輪3和壓緊輪2的共同作用下以一定的速度(2~3mm/s)從感應(yīng)器中穿過,,中頻加熱彎曲淬火工藝設(shè)備,鋼材在交變磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生大量的熱量，把肋骨局部加熱到淬火溫度同時(shí)，鋼材的塑性加大，在下壓滾輪6的頂彎和滾輪1的支承作用下，在型材上被加熱的狹窄帶內(nèi)發(fā)生彎曲,,中頻加熱淬火,肋骨通過感應(yīng)器后的10s左右時(shí)間內(nèi)，溫度達(dá)到900o~950o然后被位于感應(yīng)器后的噴水圈5噴出的水冷卻(淬火),,中頻加熱