工艺技术-零件的加工工艺教材(ppt 45页)

第 3章 零件的加工工艺 本章以 压力容器类焊接结构零件 的加工制作为主 线，按照其加工工序的先后，详细介绍其加工工艺 内容、加工设备和注意事项；在讲授过程中，辅以 其他类型焊接结构零件的制作工艺和要求。 3.1 钢材准备 3.1.1 钢材加工概述 3.1.2 钢材的表面预处理 3.1.3 钢材的矫正 3.1 钢材准备 本讲内容提要： 1.零件加工的 目的、要求、特征、类型和方法； 2.冷、热加工的 优缺点 ，加工硬化 的概念及预防 和消除加工硬化的措施； 3.常用金属材料热加工温度范围； 4.钢材矫正 的概念、原理、方法与设备； 5.钢材的表面预处理一节安排自学。 3.1.1 钢材加工概述 钢材的复检 焊接结构使用的金属材料主要是板材和型材。为 了确保构件质量应有质保书，对于重要结构在使用 前应对每一批钢材进行必要的 化学成分 和 力学性能 复检，还应检验金属材料的 表面 和 内部质量 （如夹 层、砂眼等）。部分构件的金属材料还要进行 金相 组织 的复检，以保证其牌号所规定的、质保书上所 保证的要求。 3.1.1 钢材加工概述 零件加工的目的、要求及特征 零件加工是对各种轧制钢材进行的一系列加工。 零件加工的目的（作用） 零件的加工，可检查图纸设计、结构形式和 尺寸的正确性与合理性； 按图样技术条件和工艺规程要求加工零件， 为后期装配 焊接提供方便。 3.1.1 钢材加工概述 零件加工应满足的要求 要保证零件加工尺寸、形状的准确性和相应 的加工精度； 必须符合技术条件上的公差要求，并不产生产品 质量要求中所不允许的各种缺陷。 加工过程中，要注意保持材料的原有性能 (力 学性能、焊接性、使用性能、 . )。 3.1.1 钢材加工概述 零件加工的特征（零件加工工艺特点） 根据加工目的和要求及钢材自身的特点和结构特 点，焊接结构的零件加工具有一些不同于机械加工 及其它产品零件加工的特征，主要有以下几点： 钢材的加工都属只改变工件尺寸和形状而不改变其基 本性质的物理加工；因而简化了加工内容、缩小了加工 范围，为焊接结构生产提供了有利条件。 钢材的加工是以现成截面的型材为坯料，并且是在不 改变截面特征情况下的加工； 3.1.1 钢材加工概述 需用大功率、大规格的通用或专用加工设备 和起重运输设备； 此种加工属多种工艺内容、多种加工方法、 多工种的综合性加工。 3.1.1 钢材加工概述 零件加工基本类型 根据钢材加工对工件所产生的作用和加工的结果 的不同，可将钢材的加工划分为两种类型： 变形加工 分离加工 变形加工 无论通过何种方式，使作用在工件单位面积上 的外力超过材料的屈服强度，而又不破坏材料 的连续性，使之产生永久变形 (即塑性变形 )的 加工方法。 如：钢材加工中的 矫形、弯曲、卷圆、压制成 形 等。 3.1.1 钢材加工概述 分离加工 作用在工件单位面积上的外力超过了材料的抗拉 强度，使之发生断裂而造成材料的一部分与另一部 分分离的加工。 如 剪切、冲孔、边缘加工、钻孔 等属此类加工。 当 b时 (外力使材料达到极限应变 max)， 材料产生断裂称之为分离加工。 3.1.1 钢材加工概述 焊接结构制造过程中，金属材料应具备 ： 较高的伸长 率和韧性，较低的屈强比和时效敏感性 。 一般说来： 低碳钢：伸长率 16 ，屈强比 s/ b70 ； 低合金钢：伸长率 14 ，屈强比 s/ b 80 。 否则，材料的加工性能较差，不易保证加工质量， 需要采取相应的工艺措施，以提高加工性能。 3.1.1 钢材加工概述 零件的加工方法 冷加工 在常温下进行的各种加工。 热加工 将工件加热在高温状态下的各种 加工，多用于变形加工的构件。 温加工 介于冷、热加工之间的一种工艺 方法。 3.1.1 钢材加工概述 冷加工 在常温下进行的各种加工 。 冷加工的优点： 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； 工件成形准确，加工质量好，不易造成压 伤和划伤缺陷。 3.1.1 钢材加工概述 冷加工的缺点： 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。 加工硬化的概念 金属经塑性变形后，其强度指标增加，而塑性指标降低 ，变形抗力增加的现象称之为 加工硬化 。 3.1.1 钢材加工概述 避免和消除加工硬化的方法 合理选择加工工艺 (预防措施 ) 使被加工件受力均匀 ,变形一致 ,控制变形速度，避免在塑 性变形低的温度区间加工，防止脆断。一般在脆性转变温 度以上进行。 碳素钢在 20 以上，冬季应预热到 60 150 。 3.1.1 钢材加工概述 对产生加工硬化的构件和材料，应用热处理的 办法来消除，以恢复和改善钢材的力学性能。 局部边缘加工硬化可采用再加工的办法加以消 除。 如剪切产生的加工硬化可用 刨、铣 等方法消除；冲 孔产生的加工硬化可用 扩孔 的方法消除。 应注意下料时应留取相应的加工余量。 3.1.1 钢材加工概述 适当控制钢材的变形程度 变形程度越大，加工硬化越明显。对平板来说， 同样直径，厚度大者；同样厚度，直径小者则制成 圆筒的变形程度越大。 变形程度一般用 变形率 来表示。通常按 受拉部分 最外层纤维的伸长率 来计算，如： 圆柱体 ： 3.1.1 钢材加工概述 球形、碟形表面 ： 式中 钢板厚度 (mm); R截面重心层弯曲后曲率半径 ( mm); R。 截面重心层原始曲率半径 (mm)。 3.1.1 钢材加工概述 不同材料加工时允许的变形率不同。锅炉和压力 容器的受压壳体符合下列情况可以进行冷加工 : 碳素钢 ： 20mm, 或 20mm, 而 5% ； 合金钢 ： 3。 但为了安全起见， 一般多控制在 2.5% 3%范围 内。 3.1.1 钢材加工概述 热加工 将工件加热在高温状态下的各 种加工，多用于变形加工的构件。 热加工的优点 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。 3.1.1 钢材加工概述 热加工的缺点 钢材或工件的加热需增添设备，会大量消耗人力、物 力和财力； 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。 基于上述四条缺点，一般情况下， 只对冷加工条 件不足或不允许冷加工的工件进行热加工 。 3.1.1 钢材加工概述 热加工方法 局部加热法 时间短，节省能源，不需大 型加热设备。 多用于 管件型钢件 弯曲时的局部加热。 .气体火焰加热 ： 设备简单，加热面积小；不 均匀，温度难以控制。 .开式炉加热 ： 加热质量好，温度便于控制。 3.1.1 钢材加工概述 整体加热法 将整个工件放在炉中加热， 热量均匀，温度控制准确；但设备较大、时间很 长。 多用于 封头曲面厚板 的压制。 在热加工时要注意防止产生 “热脆 ”和 “过热 ”现象 。 常用材料的热加工温度范围见表 3-2。 3.1.1 钢材加工概述 热脆 当 加热温度接近金属熔点 时，由于 晶 界被氧化 ，晶粒间的结合力被削弱，使材料塑性降 低或完全丧失，在外力作用下，很容易产生破裂的 现象。 过热 因加热温度过高或高温停留时间过长 致使材料晶粒长大引起机械性能下降的现象。 3.1.1 钢材加工概述 温加工 介于冷、热加工之间的一种工艺 方法。 低碳钢一般在 500 600 之间。温加工适用于冷 加工困难而又不宜采用热加工的材料。由于温加工 只解决了冷、热加工的部分困难，并不能解决加工 中出现的主要难题，仍需一些补充措施来解决，所 以温加工在生产中应用并不广泛。 3.1.2 钢材的表面预处理 因学时所限，本小节内容安排自学。 P41-43 钢材的表面预处理 -表面除锈 机械除锈法 喷丸 化学除锈法 酸洗 3.1.3 钢材的矫正 矫正的概念 矫正又称为矫形，就是使钢板或工件在外力的作 用下产生与原来变形相反的塑性变形，以消除弯 曲、扭曲、皱折、表面不平等变形，从而获得正确 形状的过程。 对钢材进行的矫平或矫直统称为矫正。 对每一个工件或产品来说，是否需要进行矫形，是一次矫形还是多 次矫形，将依钢材及工件的变形情况和工艺要求而定。 3.1.3 钢材的矫正 矫正原理 钢材的任何变形都是由于钢材在外力的作用下其 局部发生塑性变形使某一部分纤维被拉长，而另一 部分纤维被压缩而造成的。 因此， 矫正的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。 3.1.3 钢材的矫正 凡是变形超过技术要求的钢材，在划线、号料 以前必须进行矫正。 一般钢材下料前的允许偏差值见 表 3-4。 3.1.3 钢材的矫正 矫正方法与设备 矫正方法分类 按工件加工过程分 钢板的矫正 划线下料加工之前对钢板进行的矫平 工序； 半成品矫正 钢材加工过程中，因受力不均匀或其 它原因造成工件变形，为不影响工件的进一步加工所进行 的 工序间的矫正 ； 成品的矫正 在装配焊接之后，对装焊过程中产生 的各种变形进行的矫正，如吊车梁的焊后矫形。 3.1.3 钢材的矫正 按矫正时温度的不同分 冷矫正 是应用最广泛的一种矫正方式 ; 热矫正 当材料塑性较差或变形较严重或 因采取冷矫设备能力不足时使用。 按操作方法的不同分 手工矫正； 机械矫正； 火焰矫正。 3.1.3 钢材的矫正 各种矫正方法及设备 手工矫正 手工矫正是一种原始的较笨重的矫形方法。一 般多用在厚度小 (3mm以下 )、数量少的小块板材 矫正。 3.1.3 钢材的矫正 手工矫正原理： 如 图 3-3和图 3-4所示 。 图 3 3 钢材突起部位矫正顺序示意图 3.1.3 钢材的矫正 图 3 4 手工矫正马刀形变形 3.1.3 钢材的矫正 手工矫正的特点： A.操作灵活，适应性较强； B.生产效率低，矫平质量差 (工件表面易留下 锤痕 , 被锤击处力学性能发生变化 ); C.劳动强度大，噪音大，不安全。 3.1.3 钢材的矫正 机械矫正 按加力方式和对工件的作用，机械矫正分为： 张力矫正法 (在拉伸机上进行 ); 弯曲矫正法 (在压力机上进行 ); 辊轧矫正法 (在多辊矫平机上进行 )。 应用最普遍的是辊轧式矫正法。 3.1.3 钢材的矫正 辊矫原理 多辊式矫平机 主要用于矫平钢板。矫平时，钢 板在矫平机上下辊压力的作用下，经多次反复弯 曲，使钢板得到均匀的拉伸，多种原始曲率逐渐 趋向单一，并不断减小，最终得以矫平。 3.1.3 钢材的矫正 影响矫平效果的主要因素 a矫平机 辊间距 t: t，所需 矫平力 f ，但矫平 效果较差； t， f，矫平效果 ，辊子磨损 。 b. 矫平机 辊直径 D: D (0.9 0.95)t, 并按被矫板 的强度、最大厚度和宽度进行校核。 c. 辊数 n: n, 矫平精度 , 但矫平机结构越复杂。 3.1.3 钢材的矫正 d.矫平次数 N: 矫平次数的多少取决于被矫材 料的应力度系数。 式中 E 材料的弹性模量 ; 材料厚度 ; s 材料的屈服极限 ; 矫正曲率半径。 a, 越容易矫平。一般当 a 1时 , 无法矫平 ; a 3 6时 , 三次才能矫平； a 6时 , 一次即可 矫平。对于高强钢 a10 为好。 3.1.3 钢材的矫正 板材矫平机 图 3-5 多辊矫平机 3.1.3 钢材的矫正 火焰矫形 火焰矫正机理 金属大多具有热胀冷缩的特性。因此，在对钢板 翘曲部位进行局部加热时，就会产生膨胀，当金属 被加热处受到来自四周的压缩力超过受热金属的屈 服极限时，变形部位就会受到挤压；同时，加热部 位在冷却时会产生巨大的收缩力，使钢板在热应力 作用下恢复原来形状。 3.1.3 钢材的矫正 火焰矫形方法 一般多使用 气焊或气割的大号焊炬或割炬