导图社区 零件的加工工艺
焊接结构与设备课程,第三章,分享了钢材的准备、钢材的下料、成形的内容,希望对你有所帮助。
编辑于2023-04-13 13:38:44零件的加工工艺
钢材的准备
钢材加工概述
钢材加工的工艺内容及工序划分 焊接结构的零件加工一般包括: 钢材的表面预处理 钢材后加工件的矫正 划线和号料 下料 边缘加工和制孔 成形
钢材加工的基本类型 变形加工 分离加工
变形加工:外力超过材料的屈服强度,但又不破坏材料的连续性,使之产生永久变形的加工方法。(塑性变形)
分离加工:外力超过了材料的抗拉强度,使之发生断裂分离
根据加工温度不同: 冷加工 热加工 温加工
冷加工
常温下进行的各种加工 优点: 不加热,无氧化皮产生,金属无烧损,节省能源,费用低; 工艺过程简单,操作方便,生产条件好; 工件成行准确,加工质量好,不易造成压伤和划伤缺陷。 缺点: 材料变形抗力大,需要较大功率的加工设备来完成; 加工硬化现象严重。
热加工
热加工:将工件加热到高温状态下的各种加工。 优点: 高温下强度降低,塑性增大,变形抗力减小,设备动力和人力消耗降低; 使冷态下不可能加工或难以加工的构件变得可能或容易加工,且不易断裂; 热加工可以通过再结晶消除内应力,避免产生加工硬化。 缺点: 钢材或工件的加热添加设备,大量消耗人力、财力、物力; 工艺过程复杂,要求较高的操作技术,生产周期延长; 产生大量氧化皮,易造成表面的压痕或烧损,影响表面光洁度; 高温作业生产条件差,劳动强度高。
方法:局部加热法,整体加热法
温加工
介于冷、热加工之间的一种工艺方法
钢材的预处理
目的:把钢材表面的铁锈、油污、氧化皮等清理干净,为后续加工做准备。 定义:采用机械方法或化学方法对钢材的表面进行清理的过程称为预处理。 方法分类:机械除锈法和化学除锈法
预处理生产线:很多工厂将钢材的矫正、表面清理和防护等合并在一起组成预处理流水线
钢材的矫正
原理:实质就是将被拉长的纤维缩短或将缩短的纤维拉长,以恢复原状,或是使其它部分的纤维也拉长或缩短,产生与局部纤维相同的变形,从而达到矫正的目的。 分类: 按照加工过程分为:钢板的矫正、半成品的矫正、成品的矫正。 按矫正时的温度不同分:冷矫正、热矫正 按操作方法不同分为:手工矫正、机械矫正、火焰矫正
钢材的下料
放样、划线与号料
放样、划线和号料 放样:看清施工图纸基础上,根据施工图样的基础上,根据施工图将其中的一部分或全部,按1:1的比例,用制图的方法,准确地画在放样平台上的工作过程。 划线:根据施工图纸和工艺要求,正确地将代加工零件的坯料尺寸和形状按1:1的比例划在钢板上的加工工序。 号料:用放样所取得的样板或样杆在待下料的材料上进行划线的工艺过程。
放样方法主要有:实尺放样、结构放样、展开放样和光学放样 放样程序一般包括结构处理、划基本线型和展开
展开放样:可展表面(平面、柱面、锥面)、不可展表面(球面、圆环表面、螺旋面)
板厚处理
弯曲件的板厚处理
当板厚小于1.5mm,不用考虑 当板厚大于1.5mm,以中性层展开长度为准,中性层会随着弯曲程度的不同而变化
折弯件的板厚处理
展开长度以内层表面为准:
划线 分类:手工划线和机械自动划线
号料 定义:是用放样所取得的样板或样杆在原材料或经粗加工的胚料上划下料、加工线、检查线及各种位置线的工艺过程。 二次号料:二次号料是加工过程中,工序间对工件或部件的又一次划线,是整个划线工作中必不可少的内容。
钢材的下料
下料:是将零件或毛坯从原材料上分离下来的工序。 常用的下料方法分类 机械切割:剪切、锯切、冲切、联合冲剪; 热切割:气体火焰切割、等离子弧切割、激光切割
机械切割
锯切
剪切 原理:在专用剪切机床上,通过剪刃对钢材的剪切部位施加一定的剪切力,使剪刃压入钢材表面,当产生的切应力达到或超过金属的抗剪强度时,便会使金属产生断裂和分离。 特点: 切口光洁平齐质量高,操作方便条件好,节省人力效率高; 剪切主要用于中、薄板的下料,目前钢板的剪切厚度应小于等于40mm; 剪切后,切口边缘出现硬化区,在制造较为重要的结构件时,可采用铣削或刨削的方法将硬化区去除。
热切割
按热源分类:气割、等离子弧切割、电弧切割、激光切割
气割
原理:气割实质是金属在氧中的燃烧过程。
过程: 借助高速氧气流的动能将燃烧生成的金属熔渣(即金属氧化物)迅速吹除; 连续不断地进行上述过程,从而在被切割金属上形成一条割缝将金属分开,达到切割的目的。 三步:火焰预热、喷氧燃烧、吹除熔渣。
特点: 设备简单、使用方便 切割速度快生产效率高;成本低、适用范围广; 可切割各种形状的金属零件,厚度达1000mm; 可切割碳钢、低合金钢; 可用于毛坯下料,亦可用于开坡口或割孔。
实现气割条件: 气割不能用于所有金属的下料,是因为实现气割的金属应满足以下条件: 金属的燃点应低于其熔点;否则,切割时便形成金属先熔化后燃烧的熔割过程,使割缝过宽,而且极不整齐。 燃烧后形成的金属氧化物熔点应低于金属的熔点,且流动性要好,粘度要小,以便于被高压氧气流吹掉;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。 金属燃烧时应能放出大量的热,以预热下层金属是实现连续切割的条件。 金属应有较低的导热系数。散热太快会使割缝金属温度急剧下降,达不到燃点,使气割中断。这种情况下就算加大火焰能率,也会使割缝过宽。 金属中阻碍气割过程进行和增大金属淬硬性的成分和杂质要少。
气割方法与设备: 手工气割(割炬是手工切割的主要设备) 机械切割(小车式直线气割机、摇臂仿形气割机) 自动切割设备
气割用气体: 可燃性气体和助燃性气体 可燃性气体有:乙炔、氢、天然气、煤气、液化石油气 助燃气体:氧气是气割唯一的助燃气体
影响气割质量的主要因素: 预热火焰能率(可燃气体消耗量,取决于割炬和割嘴的大小) 切割氧:氧的浓度、氧流量大小、压力 切割速度:与板厚、预热火焰、氧纯度 割嘴的倾斜角度:一般割嘴应垂直于工件表面进行切割,在切割不同板厚的材料时,为减小拖后量,应注意割嘴的角度。 割嘴与工件表面的间距H:间距越小,切割速度提高,但间距过小,切口会渗透或割嘴被飞溅物堵塞。 钢板初始温度t:初始温度高,加热到燃点时间短,切割速度高。
等离子弧切割
原理:利用高温、高速、高能量的等离子弧焰流来加热和熔化被切割工件,利用空气或其他气体作为工作气体,并借助焰流的机械冲击力把熔融金属强行排除,从而达到切割的目的。
形成条件: 自由电弧通过喷嘴的细孔,使弧柱直径被迫缩小,这就是机械压缩。 电弧受冷气流及水冷喷嘴孔道壁的冷却作用,迫使弧柱截面进一步减小,这就是热压缩 高密度的弧柱电流形成磁场,带电粒子在运动过程中受该磁场的作用,有进一步靠拢的趋势,使弧柱截面进一步缩小,这就是所谓的磁压缩。
特点: 适用范围广 切割质量高 切割速度快,生产效率高 工作卫生条件差
常用气体:氮气、氩气、氢气及他们的混合气体、压缩空气、水蒸气
激光切割
原理:利用激光束的热能将被切工件切缝区熔化和气化,同时用辅助气体排除熔化物从而形成割缝。
特点: 切口窄小,如切割一般低碳钢,切口宽度可小到0.15mm 可进行薄板高速切削和曲面切割,切口热影响区宽度约0.01mm-0.1mm 激光束工作距离大,适合于可达性较差部位的切削加工 可切割软、硬、脆、易碎及其合成材料。 是无接触的切割,所以无工具的磨损 切割时噪声低,污染小
水射流切割
边缘加工与制孔
边缘加工
定义:将工件的边缘或端面加工成符合工艺要求的形状和尺寸精度的加工工序
边缘加工的目的: 消除前道工序加工所产生的加工硬化层和热影响区: 根据工艺要求完成坡口加工: 消除装配、焊接工件边缘或自由边的各类缺陷,以提高结构的整体质量: 提高结构的表面质量,也可以为产品后期的制作创造条件
常用方法: 机械切削加工 气体火焰加工 碳弧气刨加工
碳弧气刨加工:利用碳棒与工件之间产生的电弧,将金属局部加热到熔融状态,同时用压缩空气的气流把熔融金属吹掉,从而达到对金属进行刨削的切割的一种工艺方法。
碳弧气刨加工特点: (1)手工碳弧气刨时灵活性很大,可以进行全位置操作。可达性好,非常简便。 (2)清理焊缝缺陷时,在电弧作用下可以清楚地观察到缺陷的形状和深度。 (3)噪声小,效率高。用自动碳弧气刨时,具有较高的精度,减轻劳动强度。 缺点: 碳弧有烟雾、粉尘污染和弧光辐射,此外,溅落在金属表面的熔渣难以清除,应注意通风和采取适当的保护措施。
碳弧气刨应用范围: 主要用于双面焊时,清理背面焊根 清理有缺陷的焊缝 为焊缝开坡口 清除铸件毛边,浇冒口和铸件中的缺陷 用于切割气割难以加工的金属,如铸铁、高合金钢等。
制孔
定义: 是焊接结构生产中不可缺少的生产工序
制孔方法的分类: 冲孔、钻孔、割孔
冲孔
冲孔:用于各种冲压机床,通过冲孔模具对工件施加一定的剪切力,使其在剪切力的作用下局部发生断裂分离的加工过程。
冲孔设备:普通冲压机床、联合冲剪机、专用冲剪机
钻孔
钻孔是用各种钻孔设备,以钻头钻削金属的制孔方法
钻孔设备
立式钻床、摇臂钻床、其他钻床、手持电钻、风钻
割孔
对于一些直径很大和非圆形孔或工件复杂,无法用冲孔或钻孔加工的孔,可采用气体火焰切割或电弧切割的方法进行开孔,称之为割孔。
成形
弯曲:利用金属材料的塑性变形,将毛胚弯曲成一定曲率、一定角度形成所需形状工件的加工工艺称为弯曲。
板材的压弯
板材的弯曲一般是在压力机或卷板机上进行的,统称为压弯或卷弯
压弯成型过程
自由弯曲、接触弯曲、校正弯曲
材料的变形特点对弯曲加工的影响主要有
弯曲力、最小弯曲半径、回弹现象
影响材料最小弯曲半径的因素
材料的力学性能:塑性越好,最小弯曲半径越小
弯曲角:在相对弯曲半径相同情况下,弯曲角越小,材料外层受拉的程度越小而不易弯裂。
材料的方向性:轧制的钢材形成各向异性的纤维组织,钢材平行与纤维方向的塑性指标比垂直纤维方向的塑性指标大
材料的表面质量和剪断面质量:当材料表面质量和剪断面质量较差时,弯曲时易造成应力集中,引起裂纹而破坏。
其他因素:材料的厚度和宽带等。如材料较薄时,可以取较小的弯曲半径。
回弹现象
定义:通常金属材料在发生塑性变形时,仍还有部分弹性变形存在。而弹性变形部在卸载时(除去外弯矩)要恢复原来状态,使弯曲件的曲率和角度发生变化,这种现象叫做回弹。
影响回弹的主要因素
材料本身的力学性能:材料屈服点越高,弹性模量越大,变形程度越小,弯曲变形回弹越大。
材料的相对弯曲半径:相对弯曲半径越大,材料变形程度就越小,则回弹越大。
工件的形状:通常U形件的回弹比V形件的回弹小。
模具间隙对回弹的影响很大,间隙越大,回弹也大
矫正力与弯曲回弹成反比
减小回弹的主要措施
增加工件刚性
提高材料塑性
修正模具
采取加压校正弯曲
减小凸模与凹模的间隙
采用拉弯工艺
常用弯曲设备
机械压力机、液压机、专用压弯机
管材的弯曲
冷弯的特点: 优点:加工过程简单,操作方便,表面光洁,变形小,是一种普遍使用的方法。 缺点:冷弯时材料变形抗力大,塑性较差,往往受到弯曲半径及设备能力的限制,故这种方法多用于小直径管子弯曲。
管子的滚弯
管子的压弯
管子的热弯
有填充物热弯: 填充物:砂子 目的:防止管子弯曲时变形或褶皱 注意事项: 加热要均匀,包括砂子的加热; 弯曲用力要均匀,防止管子起皱或断裂; 终弯温度不低于800摄氏度
无填充物热弯: 一般在专用弯管机上进行。管子的热弯加热方式:火焰加热、中频感应加热
型材的弯曲
型材包括:角钢、槽钢、工字钢、T型刚、圆钢和扁钢
卷弯:在三辊或四辊型钢弯曲机上进行。
压弯:在压力机或矫直机上利用模具进行弯曲的方法
拉弯:利用专用设备在拉应力状态下进行弯曲的方法。拉弯时,型材同时受到拉伸力和弯曲力矩的作用,使拉伸应力稍大于材料的屈服点而小于材料的抗拉强度。
型钢的热弯--多为手工操作
当型钢规格大,弯曲半径较小;缺少冷弯设备或设备能力不足;或是不允许冷弯及一次性生产工件数量较少,采用冷弯设备和制作冷弯模具不经济时,则采用热弯。 热弯大多数是在大型工作平台上,用人工操作方法进行弯制。
板材的卷制
在滚弯机上,通过旋转辊轴相对位置变化和旋转运动,对坯料进行弯曲成形加工的方法称为滚弯,一般又称为卷板成形。
卷板机的主要类型分为
三辊卷板机
四辊卷板机
立式卷板机
卷板机的工作原理
对称式三辊:弯曲件两端有较长一段长度位于弯曲变形区以外
不对称式三辊滚板机:缺点支点距离不想等,滚弯时轴辊受力很大,易产生弯曲而影响工件滚弯精度。滚完时另一端直边需将板料掉头滚制,增加了操作程序
四辊滚板机相当于在对称式三辊滚板机的基础上,有增加了一个中间下辊,这样基本上就可以使板料全部得到弯曲。缺点是结构复杂、造价高。
过程:预弯、对中、滚弯、矫圆
卷弯时需要注意的问题 1、冷卷时,上辊的压下量取决于来回滚动的次数、要求曲率以及材料的回弹 2、实际工作中常采用逐渐分几次压下上辊并随时用卡样板测量是否达到曲率要求,不可过卷量太多,因为过卷比曲率不足更难以修正。 3、当滚卷达到要求的曲率时,还应在次曲率下多卷几次,使其变形均匀,较少回弹。
卷制筒体常见缺陷及防止措施
外形缺陷 表面压伤 卷裂
圆锥面的卷弯
板材的压延成形
适用范围:用压延工序可以制成筒形、锥形、球形、方盒形和其他形状不规则的零件
定义:压延也称拉延或拉深,是利用具有一定半径的模具,将已下料得到的平板胚料制成各种形状的开口空心零件的冲压工序。
拉延成形过程: 凸模下压,与坯料接触,把坯料压入下模。 坯料分别转变为筒底、筒壁和凸缘 随着上模下压,凸缘径向逐渐缩小,筒壁逐渐增长 最后凸缘部分全部转变为筒壁
拉延过程出现的问题 1、底部裂纹 2、口部起皱 3、壁厚变化
特种成形技术