3-4 船体板材构件的成形加工(1、2).doc

武汉船舶职业技术学院 船体教研室 船体建造工艺 课程课堂教学设计 编写者：何志标 第4、5 次课授课时间第 周 周 第 节 课时安排4授课题目（教学章、节或主题）课题三船体钢料加工第四节 船体板材构件的成形加工教学目的通过讲解、展示实际生产的图片和视频、讨论分析等手段，学习板材构件成形加工（辊弯和水火弯板）主要工艺方法。教学知识目标教学能力目标（包括基本任务、项目、事件）1、熟悉圆柱形钢板辊弯成形工艺过程。2、了解用普通三辊弯板机弯制锥形板的工艺措施。3、了解复杂曲度板冷弯成形方法。4、熟悉水火弯板的原理和工艺方法。1、编写圆柱形钢板辊弯成形的工艺过程。2、编写鞍形板或帆形板弯制成形的工艺过程。教学过程设计第4次课：复习 5 分钟，授新课 70 分钟，提问 10 分钟，小结和布置作业 5分钟。第5次课：复习 5 分钟，授新课 70 分钟，提问 10 分钟，小结和布置作业 5分钟。讨论、思考题、作业思考题：1、板材构件成形加工一般有哪些主要方法？2、怎样用普通肋骨冷弯机弯制曲度不大的锥形板？3、水火弯板的原理是什么？4、加热线和冷却方式对水火弯板的成形效果会产生怎样的影响？课外作业：习题集第2题参考资料（含参考书、文献等）船体修造与工艺 王鸿斌主编 人民交通出版社授课类型（请打）：理论课 练习课 讨论课 实验课 实训课 其他 教学方式（请打）：讲授 讨论 指导 其他 教学资源（请打）：多媒体 模型 实物 挂图 音像 其他 第四节 船体板材构件的成形加工 主要的成形加工方法：机械冷弯法：包括辊弯、压弯、折弯等水火弯板法。单向曲度板：采用机械冷弯法加工。复杂曲度板：先用机械冷弯加工一个方向（曲度较大的方向）的曲度，然后用水火弯板法加工出其他方向的曲度。若批量较大，则可在压力机上安装专用压模压制成形。一、钢板构件的冷弯成形（一）简单曲度板的冷弯成形简单曲度板：具有圆柱形或圆锥形的单向曲度板。可用三辊或四辊弯板机加工成形。1、普通三辊弯板机组成：一个上辊从动辊，安装在可上下调节的轴承内；两个下辊主动辊，安装在固定轴承内，由电动机通过减速器带动。分类：开式上轴辊的一端机架可以拆卸，能弯制封闭形圆柱形构件。闭式两端机架不能拆卸，不能弯封闭式圆柱形板。2、圆柱形钢板构件的辊弯成形过程在钢板两边和中间划出圆柱面的素线；对弯板机各轴辊进行调节，使其轴线互相平行；板材送入上、下轴辊之间，使钢板上所划的素线平行地对准下轴辊上的纵向槽；降下上轴辊，部分板材受集中力作用，造成很大的塑性弯曲变形；轴辊转动，板材连续卷入，顺次通过最大塑性变形区，获得均匀残余变形，达到弯曲的目的；注意钢板上所划素线与下轴辊上纵向槽是否平行，并用内卡样板检查钢板弯制曲度，以便调节上轴辊的升降，直至弯曲成形到与样板型线相符合为止。3、普通三辊弯板机弯板功能的缺点缺点：在弯制圆柱形或圆锥形板件时，板的边缘有一段无法进行辊压。解决办法：加垫块先辊弯好板边部分或先用液压机压好板边部分。 这种工艺措施比较费时。4、几种新型的辊式弯板机 三根轴辊均可上下升降调节的三辊弯板机； 轴辊可作横向调节的三辊弯板机； 四辊弯板机； 能进行矫平的四辊弯板机。5、用一般通用弯板机弯制锥形板的工艺措施 为了获得锥形板两端的不同曲率，上辊必须相对下辊呈倾斜状态，使锥形板曲率大的一端处的上、下辊间距小于另一端； 将锥形板作如图所示的35等分的划分，并分别对其进行辊弯。分区辊弯时，应使每一分区的中心线（也是一根素线）与上辊平行；各分区变形面之间有一定的重叠，使锥形板的小曲率端呈均匀弧形。圆锥形板分区区域及辊弯顺序分区变形面的重叠6、纵向直线性检验纵向直线性一般用拉直线的方法检验。（二） 复杂曲度板的冷弯成形复杂曲度板：双向曲度或多向曲度板。 主要设备：液压机，万能弯板机，辊弯机等。1、冷弯方法： 液压机弯制：装设压模 三辊弯板机冷弯双向曲度不大的构件。 万能弯板机弯制：要求操作技术高度熟练，成形质量不易控制，劳动强度大。说明：（1）压模压模的形式和精度是影响构件成形加工质量的关键之一。通用压模：能弯制各种曲度的钢板。专用压模：适合弯制形状特殊、批量较大的构件；（2）消除回弹的方法设计压模时适当改变工作部分的形状，凭经验将工件压过头一点，使其回弹后刚好符合所要求的形状。2、板材冷弯加工线的作法在号料时划在板材上，是影响板材冷弯质量重要因素之一。单向曲度板：冷弯加工线是展开后的素线。一般船体外板：可用三角样板确定冷弯加工线。如图446所示：（1）贴切柱面在肋骨型线图上作中间肋骨型线的弦线，平行于空间直线PQ且与外板相切的柱面称为贴切柱面。（2）贴切柱面的素线与各肋骨型线的切点的连线为，在外板展开图上作出即为所求辊弯线。（3）外板展开图上贴切辊弯线的作法 将板材首、尾两端的两块三角样板拼拢，使其准线边以及准线边与样板曲边之交a点重合。 使重合在一起的两块三角样板与一平面相切，标出切点B、C。 在首端三角样板上量取B点与上缝线间的曲线长度l，并将其驳到板材展开形状首端肋骨线的相应位置上得。 在尾端三角样板上量取C点与下缝线间的曲线长度s，将其驳到尾端肋骨型线的相应位置上得点。 连接即为钢板上的冷弯加工线。（三）数控弯板简介1、应用数控技术进行自动化弯板的优点 大幅度提高弯板工作效率，减轻劳动强度； 提高弯板精度，从而减少装配和校正工作量； 同其它数控加工装置一起使用，则能实现船体加工车间综合机械化、自动化，提高综合生产能力。2、典型数控弯板机样机：多压头式数控弯板机多压头式数控弯板机在弯板前，运用数控程序将其下模的各个压头逐个自动加以调节，使其改变高度，形成与所要求的构件的形状相同的局面（考虑回弹）。当被弯曲的板材定位好后，上模的各个压头下降，将板材弯成所需要的形状。二、水火弯板水火弯板：沿预定的加热线用氧乙炔烘炬对板材进行局部线状加热，并用水进行跟踪冷却（或让其自然冷却），使钢材产生局部塑性变形，从而将板弯成所要求的曲面形状的一种弯板工艺方法。也称线状加热法。1、 水火弯板的基本原理 线状加热使板材产生横向收缩变形和角变形； 产生横向收缩变形的原因在于受热金属的膨胀受到周围金属的限制，因而产生压缩塑性变形，冷却时即产生收缩变形； 角变形是由于最终横向收缩变形沿构件厚度方向不相等引起的； 水跟踪冷却可以加大这种变形，增加成形效果。2、 各种工艺因素对成形效果的影响（1）加热线对成形效果的影响加热线的位置、疏密和长短对板材成形效果影响极大。 加热线的位置正确与否直接关系到板材能否正确成形 加热线的位置取决于构件所要求的形状； 对相同的板在不同的位置进行线状加热，成形形状会完全不同； 根据构件所要求的形状正确确定加热线的位置是水火弯板的关键。例：帆形板和鞍形板的弯制帆形板和鞍形板的加热线分布第一步：冷弯横向曲度（其曲率比纵向的大）；第二步：确定加热线的位置帆形板：加热线在横向弯曲的一面位于板的两侧。鞍形板：加热线在横向弯曲的背面位于板的中间。第三步：水火弯制。 加热线的长短、疏密影响构件的成形效果 加热线愈密、愈长，则产生的变形愈大，成形效果愈好； 加热线长度不能跨越加热线所在剖面中和轴，否则会使成形效果恶化。（2）冷却方式对成形效果的影响冷却方式有：自然冷却、正面跟踪水冷却、背面跟踪水冷却。 自然冷却：让构件在空气中自然冷却，简称空冷。优点：操作简单。缺点：成形速度慢，在产生角变形的同时会产生加工所不需要的纵向挠度。 正面跟踪水冷法：在加热面用冷水喷射正在冷却的金属，加快它们的收缩，从而强化对正在加热金属的压缩作用，使其产生较大的附加塑性变形。优点：收缩较快，其横向收缩变形比空冷法大，成形加工所不需要的加热线纵向收缩变形远比空冷法小。缺点：角变形效果不如空冷。由于加热面被水强制冷却，温度急剧降低，甚至使正面温度低于背面温度，出现负温差。正在冷却过程中的金属受附加拉伸作用而抵消部分收缩变形。 背面跟踪水冷法：在构件的正面用烘炬加热，在其背面用冷水跟踪热源进行强制冷却。优点：增大了板材正反面的温度差，角变形大，成形效率高。缺点：需要在板下操作，比较麻烦。三种冷却方式成形效果的比较： 角变形以背面跟踪水冷法最大，空冷法次之，正面跟踪水冷法最小； 横向收缩变形以背面跟踪水冷法最大，正面跟踪水冷法次之，空冷法最小； 背面跟踪水冷法的成形效率最高。 正面跟踪水冷法最常用。 正面跟踪水冷法的角变形虽小于空冷法，但其横向收缩变形却大于空冷法，常见的复杂曲度板在水火弯板时主要是依靠横向收缩变形来得到构件的纵向曲度，故其总的成形效果比空冷好，而且它还具有操作方便等特点。（3）各种加热参数对成形效果的影响加热参数：加热速度、烘嘴口径、加热深度和水火距（即浇水点至火焰点的距离）等。加热参数对水火弯板成形效果的影响横向收缩角变形加热速度（决定加热量） 速度越慢，收缩量越大；在同一加热速度下，薄板收缩大于厚板。在一定速度范围内，速度越快，角变形越大。但速度过快时，板面加热不足，角变形反而减小。故对应于每一板厚有一最佳加热速度，在该速度时角变形达到峰值。通常随着单位线热能的增加，薄板较厚板更快达到峰值。烘嘴口径（决定火焰功率）烘嘴口径越大，单位线热能越强，横向收缩量越大。烘嘴口径越大，角变形越大。加热温度 随温度增高而增大。当温度超过900时，收缩量增大不显著。随温度增高而增大。薄板达到一定温度（约750）后，角变形的增大不显著。加热深度收缩量随深度增加而略有增加。在1/2板厚内，角变形随深度增加而增大；超过1/2板厚后，随深度继续增加而逐渐减小。水火距（决定冷却速度） 收缩量随水火距的增大而增大。达到某一峰值后，继续增大水火距，则收缩量减小。角变形随水火距增加而减小。另外：水流量和重复加热对成形效果也有影响。 水流量与热量散失有关，以60100ml/s为宜。 重复加热在三次以内，对成形是有益的，当超过三次，对成形毫无作用。重复加热对材料性能的影响：三次以内对改善材料性能有好处，可对一次加热的性能恶化有恢复作用。 3、 水火弯板的主要工艺要求 在钢板上预先定出加热线的位置。各加热线的起点应错开，不可在同一直线上； 选择合理的加热参数； 左右对称的的零件，其加热线的位置、数量和长短应对称，操作也应对称进行； 尽量避免在同一部位重复加热；重复加热次数不得超过三次； 对低合金钢进行水火弯板时，应严格控制其加热温度和水冷温度，否则会降低材料机械性能； 新钢种的水火弯板，需经过试验鉴定后方可进行，因为有些钢材经加热水冷后，金相组织和机械性能会发生变化。4、 水火弯板工艺的优缺点（1）优点与地炉大火弯板工艺相比具有以下优点： 改善了劳动条件，减轻了劳动强度； 一般可提高劳动生产率23倍； 成形质量好，板面光滑平整，板厚减薄极微，对于船用钢材，加热区金属的金相组织和机械性能基本上不发生变化； 设备简单，机动性和适应性强。可用于各种厚度和曲率的船体构件的弯曲成形，可加工各种船用低碳钢和16M