型钢成形加工分解PPT课件.ppt

第三第三节 船体型船体型钢构件的成形加工构件的成形加工非平直船体构件在非平直船体构件在边缘加工后，加工后，应进行行成形加工成形加工目的是求得要求的空目的是求得要求的空间形状形状,是展开的是展开的逆逆过程程一、肋骨成形方法及其分一、肋骨成形方法及其分类 船体形状主要是由肋骨船体形状主要是由肋骨线型决定型决定肋骨加工成形的肋骨加工成形的质量直接影响到船体的量直接影响到船体的建造建造质量量1.肋骨成形加工的方法肋骨成形加工的方法 手工手工热弯成形弯成形中中频加加热肋骨弯曲淬火机肋骨弯曲淬火机热弯成形弯成形型型钢矫直机冷弯成形直机冷弯成形三三轮滚弯机弯机滚弯成形弯成形多多模模头一一次次成成形形数数控控肋肋骨骨拉拉弯弯机机冷冷弯成形弯成形三支点肋骨冷弯机冷弯成形三支点肋骨冷弯机冷弯成形纯弯曲原理肋骨冷弯机冷弯成形弯曲原理肋骨冷弯机冷弯成形2.肋骨成形方法的分肋骨成形方法的分类1.1.按加工按加工时是否是否对型材型材预热分分类分分为冷弯成形加工冷弯成形加工和和热弯成形加工弯成形加工冷弯成形是在常温下直接施加外力使型冷弯成形是在常温下直接施加外力使型材材产生塑性生塑性变形，将其弯成要求的形状，形，将其弯成要求的形状，如方法如方法 热弯成形是将型材加弯成形是将型材加热到再到再结晶温度以晶温度以上，使其塑性增加而易于上，使其塑性增加而易于变形，再施加形，再施加外力将其弯成要求的形状，如方法外力将其弯成要求的形状，如方法3.2.2.按型材的按型材的进给方式分方式分类分分为连续进给成形、逐段成形、逐段进给成形和成形和一次成形等三种加工方法一次成形等三种加工方法连续进给加工方式加工方式(方法方法、)适合适合于加工于加工圆形肋骨形肋骨 加工任意曲加工任意曲线形状形状时操作操作较复复杂一次成形加工一次成形加工(方法方法)是指整根肋骨是指整根肋骨的形状一次加工成形的形状一次加工成形4.三三轮滚弯机弯机滚弯肋骨示意弯肋骨示意图5.多模多模头数控拉弯机工作原理数控拉弯机工作原理应用拉弯原理用拉弯原理设计的多模的多模头数控肋骨数控肋骨拉弯机，能使肋骨拉弯机，能使肋骨一次加工成形一次加工成形该机的各个模机的各个模头用数控方法布置成所用数控方法布置成所需的肋骨曲需的肋骨曲线形状形状被加工型材的两端分被加工型材的两端分别夹住，由拉伸住，由拉伸机构施加拉力机构施加拉力拉力拉力值略大于型材的屈服极限略大于型材的屈服极限值再操再操纵模模头顶压型材型材进行拉弯加工行拉弯加工6.多模多模头一次成形数控肋骨拉弯机一次成形数控肋骨拉弯机 7.多模多模头数控拉弯机的数控拉弯机的应用用由于型材两由于型材两侧均有模均有模头，可以加工，可以加工S S形肋骨形肋骨这种方法从自种方法从自动化角度看比化角度看比较简单因因为要适要适应船体肋骨的最大船体肋骨的最大长度，所度，所以以设备庞大、投大、投资多多不易不易预计型材弯曲型材弯曲时的回的回弹量，要准量，要准确地成形肋骨确地成形肋骨须经过反复修正反复修正8.逐段逐段进给成形加工成形加工逐段逐段进给成形加工是国内最常成形加工是国内最常见的加的加工方法工方法(方法方法、)特点是特点是进给一段弯曲一段，一段弯曲一段，一段型材一段型材弯曲成形后弯曲成形后，再再进给新的一段新的一段这种加工方法的种加工方法的优点是点是设备简单，较易易实现自自动控制控制9.3.3.按型材的受力状按型材的受力状态分分类可分可分为拉弯原理拉弯原理、集中力弯曲原理集中力弯曲原理和和纯弯曲原理弯曲原理三种三种类型型 应用拉弯原理的肋骨冷弯机用拉弯原理的肋骨冷弯机(方法方法)比比较少少见型材在弯曲型材在弯曲过程中不出程中不出现压应力力产生生皱折折现象的可能性象的可能性较小小对高腹板的船体型材高腹板的船体型材进行拉弯加工行拉弯加工时，容易使型材受到破坏容易使型材受到破坏10.集中力弯曲原理集中力弯曲原理用集中力弯曲原理加工型材是一种用集中力弯曲原理加工型材是一种传统的方法的方法(方法方法、)目前多数肋骨冷弯机是目前多数肋骨冷弯机是应用用这一原理一原理制造的制造的集中力弯曲需要三个作用点，所以也集中力弯曲需要三个作用点，所以也称称为三支点弯曲三支点弯曲型材在集中型材在集中载荷作用下荷作用下产生剪切力生剪切力N N和弯距和弯距11.左左图为集中力弯曲的受力情况集中力弯曲的受力情况 右右图为纯弯曲的受力情况弯曲的受力情况12.纯弯曲原理弯曲原理纯弯曲是指梁截面上弯曲是指梁截面上仅有弯矩而没有有弯矩而没有剪力作用，梁剪力作用，梁处于平面弯曲状于平面弯曲状态获得梁的得梁的纯弯曲的方法是使弯曲的方法是使简支梁支梁对称地承受两个相等的集中称地承受两个相等的集中载荷荷集中集中载荷荷间的的l段梁段梁处于于纯弯曲状弯曲状态梁段内任一截面梁段内任一截面处 弯矩：弯矩：M=PaM=Pa；剪力：剪力：Q=0Q=013.二、型二、型钢构件冷弯成形构件冷弯成形1.1.三支点逐段三支点逐段进给式肋骨冷弯机式肋骨冷弯机机床工作部分的机床工作部分的示意示意图见右右图中中间为固定固定夹头两两侧为活活动夹头可可夹持型材做持型材做进退和旋退和旋转14.三支点冷弯机工作三支点冷弯机工作过程程冷弯某一段型材冷弯某一段型材时，可，可动夹头连同所同所夹持的型材持的型材进退和旋退和旋转三个三个夹头对型材施加外力使其弯制成所型材施加外力使其弯制成所需的形状需的形状一段弯好后，再一段弯好后，再进给一段，逐段弯制出一段，逐段弯制出整根型材整根型材弯曲弯曲时，夹头上的加上的加紧装置将型材复板装置将型材复板加加紧，以防止型材在弯曲，以防止型材在弯曲过程中程中产生生翘曲和曲和皱折折15.三支点冷弯机的三支点冷弯机的优缺点缺点这种肋骨冷弯机种肋骨冷弯机优点点较多，使用多，使用较普普遍遍但也存在但也存在诸如被弯曲的肋骨上如被弯曲的肋骨上压痕大、痕大、加工效率不高等缺点加工效率不高等缺点同同时三支点冷弯成形中，集中力作用三支点冷弯成形中，集中力作用处的弯矩最大的弯矩最大容易形成塑性容易形成塑性铰，产生局部生局部变形形16.2.2.纯弯曲原理肋骨冷弯机弯曲原理肋骨冷弯机图示示为国内研制的国内研制的5050吨吨纯弯曲原理弯曲原理肋骨冷弯机的主要工作部分肋骨冷弯机的主要工作部分17.纯弯曲冷弯机的弯曲冷弯机的结构构采用四支点弯曲方式采用四支点弯曲方式机械部分机械部分组成成 水平弯曲机构水平弯曲机构 垂向弯曲机构垂向弯曲机构 进料机构料机构 正位机构正位机构 压印机构印机构18.纯弯曲冷弯机的弯曲冷弯机的夹紧形式形式中中夹头设有两个有两个顶弯柱弯柱侧夹头体各有一体各有一个个顶弯柱弯柱四个四个顶弯柱使型弯柱使型材在腹板平面内材在腹板平面内(机床水平平面机床水平平面)内按内按纯弯曲原理弯曲原理进行弯曲行弯曲19.纯弯曲冷弯机的工作方式弯曲冷弯机的工作方式弯曲机构采用液弯曲机构采用液压传动首先使三个垂直安置的首先使三个垂直安置的夹紧油缸油缸驱动三个三个夹头夹紧型材的腹板型材的腹板然后由两个水平安置的弯曲油缸分然后由两个水平安置的弯曲油缸分别驱动两个两个侧夹头体做水平方向的前后体做水平方向的前后运运动逐段逐段进给逐段弯曲成形逐段弯曲成形20.纯弯曲冷弯机的弯曲冷弯机的优点点(1)(1)加工加工质量好量好 型材上型材上载荷作用荷作用处压痕痕显著减小著减小 加工加工时是用不同曲率的是用不同曲率的圆弧弧拟合肋骨合肋骨曲曲线，光，光顺性性较好好 三支点弯曲三支点弯曲时，载荷作用荷作用处的局部的局部变形最大，肋骨的光形最大，肋骨的光顺性相性相对较差差21.纯弯曲冷弯机的弯曲冷弯机的优点点(2)(2)加工效率高加工效率高 用用纯弯曲原理加工肋骨，型材塑性弯曲原理加工肋骨，型材塑性变形区大形区大 可增加每次可增加每次进给的的长度，从而提高加度，从而提高加工速度工速度 较三支点肋骨冷弯机可提高工效一倍三支点肋骨冷弯机可提高工效一倍以上以上22.纯弯曲冷弯机的弯曲冷弯机的优点点(3)(3)机床的性能比机床的性能比较完善完善 肋骨可成肋骨可成对加工也可加工也可单根加工根加工 设置旁弯置旁弯(垂向弯曲垂向弯曲)校正机构校正机构被加被加工的型材多工的型材多为非非对称剖面，在弯曲称剖面，在弯曲过程中会程中会产生旁弯生旁弯变形形 型材型材进给操作灵活操作灵活 可作可作为型材型材矫直机使用直机使用23.3.3.肋骨冷弯成形的若干肋骨冷弯成形的若干问题(1)(1)检测和控制成形的方法和控制成形的方法肋骨冷弯机需要一定的肋骨冷弯机需要一定的检测和控制成形和控制成形方法校方法校对型材腹板型材腹板边缘，使之与要求的使之与要求的曲曲线一致一致没有采用数控程序的冷弯机，常用的控没有采用数控程序的冷弯机，常用的控制成形的方法有制成形的方法有铁样(样板板)人工人工对样、逆直逆直线法法和和仿形仿形控制法控制法24.铁样(样板板)人工人工对样需要依据放需要依据放样提供的提供的结构型构型线制作制作铁样或或样板、板、费工工费料料在型材加工在型材加工过程中用它反复程中用它反复检查(校校对)所弯所弯曲型材腹板曲型材腹板边缘操作繁复，操作繁复，对工人技工人技术水平要求水平要求较高高 逆直逆直线法法逆直逆直线在弯曲前的平直型材上是一根曲在弯曲前的平直型材上是一根曲线型材弯曲到腹板型材弯曲到腹板边缘与与结构型构型线吻合吻合时，曲，曲线变为一根直一根直线25.逆直逆直线法加工法加工准确地求取逆直准确地求取逆直线的形状是逆直的形状是逆直线加工加工的关的关键在型材弯制在型材弯制过程中，可以通程中，可以通过检测逆直逆直线是否是否变直来控制构件的成形直来控制构件的成形逆直逆直线方法主要适用于腹板方法主要适用于腹板较高、曲度高、曲度较小的肋骨小的肋骨省去制作省去制作样板的材料和工板的材料和工时但需要求作逆直曲但需要求作逆直曲线，而且在加工，而且在加工时的的检测也也较繁复繁复26.仿形控制法仿形控制法 针对数控肋骨冷弯机尚未普及，解决数控肋骨冷弯机尚未普及，解决肋骨冷弯人工肋骨冷弯人工对样的困的困难而研究的一而研究的一种成形控制方法种成形控制方法所所谓仿形控制，就是在肋骨冷弯机上仿形控制，就是在肋骨冷弯机上安装一套仿形装置安装一套仿形装置弯制肋骨弯制肋骨时，使，使铁样与肋骨与肋骨同步同步进给，肋骨逐段弯曲肋骨逐段弯曲27.仿形装置示意仿形装置示意图28.仿形控制法工作原理仿形控制法工作原理 保保证每段肋骨和每段肋骨和铁样在在y方向上的距方向上的距离离为一定一定值y0肋骨即可弯制成与肋骨即可弯制成与铁样相同的形状相同的形状坐坐标系中任一曲系中任一曲线f(x)上各点沿上各点沿y方向方向做距离做距离为y0的平移，所得各点构成的的平移，所得各点构成的新曲新曲线F(x)F(x)与原曲与原曲线f(x)的形状完全相同的形状完全相同29.仿形装置的构成仿形装置的构成主要由主要由平移机平移机构构和和检测机构机构组成成平移机构使滑平移机构使滑块在小在小车上沿上沿y方向滑方向滑动，小，小车在在轨道上横向道上横向(x方向方向)平移平移30.仿形装置的仿形装置的平移滑平移滑块滑滑块夹臂分臂分别夹住型材住型材和和铁样型材和型材和铁样的端点在的端点在y方向上始方向上始终相距相距y0型材型材进料和弯曲料和弯曲时带动滑滑块平移平移检测机构机构上有两个上有两个仿形触杆仿形触杆31.仿形装置的仿形装置的检测机构机构 触杆触杆1 1始始终保保证铁样与肋与肋骨的距离骨的距离为y0两个触杆两个触杆间为正在加工正在加工的肋骨段的肋骨段加工肋骨段与加工肋骨段与对应的的铁样型型线之之间的的偏差可在触杆偏差可在触杆2上反映出来上反映出来32.检测偏差偏差P P0 0=y=y0 0-y-y判断加工偏判断加工偏差的大小和差的大小和方向方向操操纵弯曲机弯曲机构构对肋骨肋骨进行弯曲行弯曲弯曲回弯曲回弹后，若偏差消失后，若偏差消失(或小于允或小于允许误差差)，表明肋骨弯曲成形合格，表明肋骨弯曲成形合格33.(2)2)型材冷弯型材冷弯时的附加的附加变形形 以及消除措施以及消除措施角角钢和球扁和球扁钢为不不对称型材称型材，塑性弯，塑性弯曲曲时会会产生生旁弯、倒旁弯、倒边、扭曲和、扭曲和皱折折等等严重影响加工重影响加工质量的量的变形形旁弯旁弯变形在不形在不对称称型材成形加工型材成形加工时很很容易形成容易形成产生的原因如生的原因如图示示34.旁弯旁弯变形形的的产生生开口薄壁构件开口薄壁构件剖面形剖面形心和扭心不重合心和扭心不重合型型钢在在XOYXOY平面平面(腹板腹板平面平面)内弯曲内弯曲受弯矩受弯矩M MZ Z作用，腹板作用，腹板边缘的的应力在横力在横剖面的合力剖面的合力对Y Y轴的力矩不平衡的力矩不平衡在在XOZXOZ平面平面产生另一弯矩生另一弯矩M MY Y，使型使型钢腹板厚度方向弯曲腹板厚度方向弯曲变形即旁弯形即旁弯变形形35.旁弯旁弯变形形的的预防与消除防与消除主要采用主要采用预置反置反变形量和形量和设置垂向弯曲系置垂向弯曲系统反反变形等两种措施形等两种措施倒倒边是型材成形是型材成形过程中程中产生的面板与腹板生的面板与腹板之之间夹角减小的剖面畸角减小的剖面畸变这种种现象可以用最小阻力定律解象可以用最小阻力定律解释弯曲弯曲时距离中性距离中性轴愈愈远的材料，的材料，变形阻力形阻力愈大愈大为减小减小变形阻力，材料有向中性形阻力，材料有向中性轴靠近的靠近的趋势，于是造成剖面畸，于是造成剖面畸变36.倒倒边、扭曲、扭曲、皱折与折与预防防倒倒边和旁弯和旁弯变形在形在长度方向上的度方向上的积累，累，就形成了肋骨就形成了肋骨长度方向上的扭曲度方向上的扭曲现象象预防倒防倒边大都用加大都用加垫硬面板的方法硬面板的方法皱折折变形是型材在反弯加工形是型材在反弯加工时，型，型线边缘一一侧受受压应力作用因失力作用因失稳而而产生生的多余的多余变形形消除消除皱折常用上下平面加力折常用上下平面加力夹持腹板持腹板塑性塑性变形区和加密形区和加密压点等点等办法法37.拉拉压塑性塑性变形形型型钢在弯曲在弯曲过程中程中产生的塑性生的塑性变形区形区受拉受受拉受压两个部分两个部分腹板厚度腹板厚度较小，受小，受压区失区失稳皱褶，受褶，受拉伸易拉伸易翘曲曲腹板愈高，两种腹板愈高，两种变形愈形愈厉害害预防防办法，增大法，增大压紧面面积38.其它方法其它方法预防和消除旁弯、倒防和消除旁弯、倒边、扭曲和、扭曲和皱折折现象的手段失效或效果不佳，象的手段失效或效果不佳，则只能只能采用水火采用水火矫正或机械正或机械压平手段来平手段来进行行矫正正这样会使余下的加工会使余下的加工变得十分困得十分困难关关键是任何是任何矫正措施都有可能使已正措施都有可能使已经成形的肋骨成形的肋骨线型走型走样，需再次修正甚，需再次修正甚至多次修正，耗工至多次修正，耗工费力力39.(3)3)型型钢冷弯的回冷弯的回弹及其及其处理理 冷弯冷弯过程中，型材在外力作用下程中，型材在外力作用下产生生塑性塑性变形，并伴随有形，并伴随有弹性性变形形外力卸除后外力卸除后弹性性变形的恢复即形的恢复即为回回弹，这是是弹性材料的固有特性性材料的固有特性回回弹的客的客观存在，存在，给肋骨的冷弯工肋骨的冷弯工艺及准确成形及准确成形带来不利影响来不利影响正确正确处理好回理好回弹因素，因素，对提高肋骨冷提高肋骨冷弯的效率和弯的效率和质量十分重要量十分重要40.处理回理回弹的两种方法的两种方法理理论计算方法算方法 力学方法力学方法预先先计算可能的回算可能的回弹量量 将它叠加到弯曲量上使型材将它叠加到弯曲量上使型材过量弯曲，量弯曲，待回待回弹后即能准确成形后即能准确成形逐步逼近弯曲法逐步逼近弯曲法 每次弯曲后每次弯曲后测出出实际回回弹量，再按量，再按实测回回弹量量对型材做型材做过量弯曲量弯曲 如此反复，使肋骨逼近成形型如此反复，使肋骨逼近成形型线41.力学方法力学方法计算回算回弹量量计算算结果与果与实际情况有一定出入情况有一定出入原因原因较多：多：轧制制时的残余的残余应力分布不知力分布不知 材材质的不均的不均弹性模量性模量E E不是常数不是常数 几何尺寸的非一致几何尺寸的非一致剖面剖面惯性矩性矩I I的的准确性准确性问题 力学力学计算模型的近似算模型的近似简化化问题近似近似计算可以算可以给出一个定量的范出一个定量的范围42.塑性弯曲塑性弯曲塑性弯曲假塑性弯曲假设：材料的：材料的强化特性化特性仅与与变形程度有关形程度有关(可使用可使用曲曲线)忽忽略剪略剪应力力(纯弯曲弯曲)，平断面假，平断面假设成成立立根据相根据相对弯曲半径弯曲半径(r=/h,r=/h,为曲曲率半径，率半径，h h为腹板高度腹板高度)的数的数值，塑性，塑性弯曲分弯曲分为三种情况：三种情况：三向三向纯塑性弯曲、塑性弯曲、线性性纯塑性弯曲和塑性弯曲和弹塑性弯曲塑性弯曲43.塑性弯曲的三种情况塑性弯曲的三种情况r r3 35 5为三向三向纯塑性弯曲塑性弯曲，应变数数值大，大，处于于曲曲线的第三段的第三段3 355r200r200为线性性纯塑性弯曲塑性弯曲，处于于曲曲线的第二段的第二段r r200200为弹塑性弯曲塑性弯曲，由，由边缘层的的应变从从弹性性过渡到塑性开始渡到塑性开始船体肋骨梁：船体肋骨梁：r r在在8-2008-200之之间，可以，可以认为是是处于于线性性纯塑性弯曲塑性弯曲阶段段，因此可以得到，因此可以得到梁弯曲梁弯曲时的弯距的弯距44.塑性弯曲的塑性弯曲的计算公式算公式(1)(1)W-W-剖面模数剖面模数(mmmm3 3),S-),S-剖面静距剖面静距(mmmm3 3)s s-屈服极限屈服极限(Pa)Pa)-材料的材料的强化系数化系数(Pa)Pa)1 1-形状系数，形状系数，仅与剖面形状有关与剖面形状有关0 0-相相对强化系数，化系数，仅与材料机械性能有关与材料机械性能有关45.塑性弯曲的塑性弯曲的计算公式算公式(1)(1)-中性中性层移移动距离距离 -卸卸载后半径后半径-回回弹前中性前中性层至断面形心距离至断面形心距离 -中性中性层的相的相对曲率半径曲率半径46.三、型三、型钢构件的构件的热弯成形弯成形冷弯工冷弯工艺以前，多数大曲率型材采用以前，多数大曲率型材采用大大火火热弯法弯法弯制弯制这种工种工艺燃料耗燃料耗费多，多，劳动强度高，被度高，被冷加工所取代冷加工所取代部分小型船厂仍在采用部分小型船厂仍在采用 热轧状状态的低合金的低合金钢型材弯曲成形后，型材弯曲成形后，须经过调质处理理(淬火和回火淬火和回火)才能达到才能达到船体构件的性能要求船体构件的性能要求47.中中频感感应加加热弯曲淬火工弯曲淬火工艺 中中频感感应加加热弯曲淬火工弯曲淬火工艺彻底改革了旧的底改革了旧的弯曲、淬火工弯曲、淬火工艺肋骨弯曲成形和淬火的肋骨弯曲成形和淬火的质量好，生量好，生产效率高，效率高，使使劳动强度大度大为减减轻该工工艺针对热轧低合金低合金钢须经调质处理的要理的要求，在一台中求，在一台中频加加热弯曲淬火机床上完成肋弯曲淬火机床上完成肋骨的弯曲和淬火骨的弯曲和淬火便于便于组成弯曲成弯曲淬火淬火回火的生回火的生产流水流水线48.中中频加加热利用利用25002500HzHz的的电流通流通过感感应器器4 4产生一个交生一个交变磁磁场型材型材7 7在主在主动轮3 3和和压紧轮2 2的共同作用下以的共同作用下以一定的速度一定的速度(2(23 3mm/s)mm/s)从感从感应器中穿器中穿过49.中中频加加热弯曲淬火工弯曲淬火工艺设备钢材材在交在交变磁磁场作用下作用下产生大量的生大量的热量，量，把肋骨把肋骨局部加局部加热到淬火温度到淬火温度同同时，钢材的塑性加大材的塑性加大，在下，在下压滚轮6 6的的顶弯和弯和滚轮1 1的支承作用下，在型材上被加的支承作用下，在型材上被加热的狭窄的狭窄带内内发生弯曲生弯曲50.中中频加加热淬火淬火肋骨通肋骨通过感感应器后的器后的1010s s左右左右时间内，温度内，温度达到达到900900o o950950o o然后被位于感然后被位于感应器后的器后的喷水圈水圈5 5喷出的水冷出的水冷却却(淬火淬火)51.中中频加加热弯曲淬火工弯曲淬火工艺特点特点 从感从感应器到器到喷水圈水圈这一狭窄范一狭窄范围内的肋骨内的肋骨处于高温于高温状状态，而其两，而其两侧则处于冷于冷态弯曲在弯曲在这一加一加热窄窄带中中进行，有效的避免肋骨的起行，有效的避免肋骨的起拱和拱和皱折折机床本身不需要很大的弯曲功率和机床本身不需要很大的弯曲功率和刚度度采用采用压力力喷水冷却，能使肋骨达到完全淬火目的，水冷却，能使肋骨达到完全淬火目的，故而淬火故而淬火质量比水槽中淬火量比水槽中淬火质量好量好可以通可以通过调节肋骨肋骨进给速度或中速度或中频电源的功率来源的功率来调节淬火的温度淬火的温度肋骨肋骨经弯曲淬火后，弯曲淬火后，还应置入置入电炉中炉中进行回火行回火最后在液最后在液压机上机上矫形形52.