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上篇 钣金工艺 第一章 钣金基础知识11 金属的变形及其影响一、金属的变形 金属在外力的作用下，产生形状和尺寸的变化称为变形。 在金属的变形过程中，大部分金属都呈现出明显的弹性变形阶段和塑性变形阶段。 弹性变形时，金属原子的位置发生相对变化，表现为原子之间的间距有微小的改变，从而引起体积的变化。弹性变形时，原子的稳定平衡状态遭到破坏，作用在物体上的外力与力图使原子恢复到最小势能位置的原子之间的反作用力相平衡，这种反作用力就是内力。 单位面积上的内力称为应力。 弹性变形是可逆的，当外力去除后，变形体就完全恢复它原来的尺寸和形状。 当物体受力较大，使原子偏离其稳定平衡位置超过某一数值，而达到邻近原子的稳定平衡位置时，外力去除后原子就不会再回到其原来位置，而是停留在邻近的稳定平衡位置上，于是变形就表现为不能恢复的，这种变形称为塑性变形。 钣金工作就是利用金属材料塑性变形的特性，通过弯曲、压延、拉伸等手段来成形零件的。 由于塑性变形在钣金工艺中的重要性，所以有必要了解金属塑性变形的现象和本质。 大家知道，常用金属和合金为多晶体。 多晶体材料是由许多小的单晶体组合而成各小晶体之间由边界分开。 构成多晶体材料中的小晶体称为晶粒。 晶粒与晶粒之间的边界称为晶界。 晶体中，由原子组成的平面称为晶面。 由原子组成的直线称为晶向。 晶体的特点是组成晶体物质的基本质点(原子或离子)在空间作有规律的排列。为了便于研究， 将晶体中原子按一定规则排列出来的空间格式称为晶格。 金属主要的塑性变形方式是晶内滑移和孪动。 晶内滑移又称滑移，是指晶体的一部分沿一定的晶面和该晶面的一定方向相对于晶体的另一部分作有规律的移动。 移动后，在金属内部和表面出现的痕迹称为滑移线。 滑移线实际上是滑移后在晶体表面留下的小台阶。相互靠近的一组小台阶宏观上反映一个大台阶，称为滑移带，如图11所示。 滑移带说明滑移所引起的变形是不均匀的，即在滑移带内发生了剧烈的滑移，而在两个滑移带之间则没有发生或只发生了极少的滑移。 金属塑性变形后，在显微镜下可观察到其表面出现的一些很细且平行的滑移线。与此同时，还可以观察到变形金属的晶粒呈现出不同程度沿变形方向伸长。在最强烈变形的情况下，晶粒被拉成细长条，呈纤维状。而晶粒的伸长就表现在金属外形尺寸的改变。 因滑移而产生的塑性变形，原则上不产生体积变化。而金属的破坏则起因于原子结合的分离及其造成的微小裂纹的成长和传播。垂直应力若为拉应力，则会促进破坏，若为压应力，则会抑制破坏。 孪动又称为双晶，是晶格绕着一定晶面转动，从而使该面的两侧部分互成镜像对称形状，如图12所示。 孪动所能提供的塑性变形较小，但滑移变形量则很大。如，镉单晶体，靠孪动只能获得7.39的变形量，而靠滑移则可以达到300的变形量。实验证实，孪动会在晶体内部造成空隙，使晶体提早破裂。 孪动虽然不能提供较大的塑性变形，但在滑移发生困难时，能够起到调整晶体取向和增加位错的作用，以使滑移能够继续进行。 当晶体受外力作用发生滑移时，在已滑移区和未滑移区之间总存在一个过渡区。这个过渡区称为位错区，或简称为位错。区域内晶格畸变最严重的点的连线称为位错线。二、塑性变形对金属组织和性能的影响 会发生： 显微组织的变化 机械性能的改变 产生内应力 物理、化学性能的改变 1.显微组织的变化 晶粒及金属内的夹杂物将沿变形方向被拉伸长，晶粒取向也不断改变，不断形成有规则排列，形成纤维组织，引起变形体的各向异性。 晶粒伸长而形成的纤维组织可用退火消除。 金属或合金内部含有第二相或夹杂物时，塑性变形后会引起这些夹杂物或碳化物集聚区因变形伸长而生成带状组织。 夹杂物或碳化物集聚区因变形而产生的带状组织虽经高温退火也经常不能完全消除。 钢的组织是由铁素体和渗碳体构成的，铁素体可以产生很大的变形，而渗碳体和杂质则硬而脆，不易变形，会成为变形的障碍，这些组织的附近还会积累起过多的应变能，这就是引起断裂的原因。 2.机械性能的改变 塑性降低 强度和硬度增高。 金属的塑性变形主要是通过晶粒内部原子层间的相互滑移来实现的。 金属一旦发生滑移，会 （1）发生晶格畸变，即晶格发生歪扭； （2）形成许多碎晶块。 从而使继续滑移发生困难。 另外，由于金属内部有大量的晶粒，各个晶粒的原子排列方位不同，因此，各晶粒的变形程度不可能完全一致，晶粒之间造成相互的牵制作用，这也不利于继续滑移。 由于这些原因，表现在金属上就为塑性降低。如果一定要再发生滑移，就要增加外力，这就表现为强度增高。 金属经过塑性变形表现出的塑性降低，强度和硬度增高的现象称为加工硬化（或称冷作硬化）。 冷加工后，金属材料的强度指标 (弹性极限、屈服应力、强度极限和硬度)增加，而塑性指标(延伸率和断面收缩率)降低，同时韧性下降。 冷加工是通过塑性变形改变材料性能的重要手段之一，特别是对于热处理不能强化的金属材料，常采用冷加工工艺提高于提高其强度和硬度。 3.产生内应力 由于金属塑性变形时，金属体积内各部分的变形是不均匀的，结果各晶粒相互间形成彼此拉扯的现象即造成了内应力(即残余应力)。 内应力会引起零件： （1）变形； （2）开裂； （3）有应力腐蚀的倾向或者会产生应力 腐蚀。 经塑性变形的金属，其晶格畸变，原子处于不稳定状态。把金属加热，使原子具备较高的活动能力，就可以促使金属内部组织转变为稳定状态，从而性能也恢复到变形以前的情况。 采用去应力退火可消除塑性变形时产生的内应力; 采用退火可使变形金属的塑性恢复到变形前的程度。 4.物理、化学性能的改变 （1）冷加工变形使金属的导电性降低，电阻率增加。 例如，纯铜经过冷加工变形后，电阻率增高约26，有些金属增高得更多, 如镍可增高达8左右。 （2）塑性变形还使金属的化学性能变得活泼，因而变形的金属容易遭受腐蚀。 12 影响金属塑性的主要因素一、金属成份和组织对塑性的影响 钢铁的塑性比铝、铜的塑性差 碳钢随着含碳量增加，塑性也随之降低。 脆性 将使塑性降低 杂质 塑性 能使塑性增加 例如, 铁中含有0.01%的硫时，由于生成脆性的硫化铁，使铁呈现脆性。 但如铁中含有0.5% 1.0%的杂质锰或镁时，就可生成沿晶粒边界分布的球状硫化锰或分布在晶粒内部的球状硫化镁，从而降低了硫的不利影响。 晶粒大小和形状对金属塑性也有重要影响。在回复和再结晶温度以下时，晶界是变形困难区。因此，若晶界面积与晶界体积之比较大时，则塑性变形困难。 物体表面面积与体积之比以球形最小，故晶粒愈接近球形。其塑性就愈好。 此外，金属塑性总是随晶粒度的细化而提高，其原因是: 细晶粒是快速结晶的结果，结晶愈快，则金属成份分布愈均匀，副应力愈小，从而提高了塑性。晶粒愈细，晶界总面积愈大，晶间杂质相对浓度则愈小，有利于塑性变形。二、变形温度的影响 温度高，金属材料的塑性增大，容易变形。三、变形速率的影响 实践证明，变形速率在104 102 s1时, 金属机械性质一般没有明显变化。变形速率大于102 s1时，金属机械性质才有较明显的变化。 变形速率对金属塑性的影响比较复杂。四、摩擦与润滑的影响 金属塑性成形时，它的某些表面必然要与工具表面接触并相对移动，因此，接触摩擦不可避免。 接触摩擦将造成材料变形的困难区，使材料各部分的变形更加不均匀，从而降低了塑性。 此外，接触摩擦会增大变形力和变形功，容易引起表面划伤。为了降低接触摩擦的不利影响，就需要在材料和工具的接触面上涂以适宜的润滑剂，或降低工具表面的粗糙度，也可以使工件具有适宜的表面状态。 涂以适宜的润滑剂是降低摩擦系数的最有效的途径。润滑剂的化学成份要与变形体表面和工具表面有较强的结合力，这样才能使变形体和工具之间的摩擦为润滑剂的内摩擦所代替，润滑效果才会好。此外，还要求润滑剂对人体无害、无腐蚀、易清除、易保管、不变质、供应方便。13 钣金零件成形的基本特点一、钣金零件的基本变形方式 钣金零件的基本变形方式有弯曲、翻边、压延、局部成形、胀形等。 钣金成形材料的变形区往往由以上几种基本变形方式复合组合，如图1一3所示框板。其外缘和内缘由压延和翻边成形， 腹板上AA截面所示形状由冲孔翻边成形。 因此，在分析一个具体钣金零件时，一方面必须将不同变形性质的部分加以明确区分，利用弯曲、翻边、压延、局部成形等基本变形方式，作为分析零件变形特点的主要依据; 另一方面，还必须注意它们之间的相互联系，不能将不同变形性质的部分，作为一个个单纯的基本变形方式孤立地看待。 二、钣金零件的变形性质 如果对上述基本变形方式进行分析，其变形性质可概括为收和放。 收即依靠金属板料的收缩变形来成形零件。其特点是板料纤维缩短，厚度增加。如管子收口即为收。 放即依靠金属板料的拉伸变形来成形零件。其特点是板料纤维伸长，厚度减薄。如翻边成形。 收的主要障碍是起皱，而放的主要障碍是拉裂。在一次成形中要避免起皱和拉裂。操作者在实际工作中应当重视实践经验的积累，培养判断复杂零件成形可能性的估算能力。三、 金属塑性变形的基本规律 1.回弹 在材料发生塑性变形过程中，弹性变形和塑性变形总是同时存在的，因此，除去外力后，弹性变形部分会恢复原态，这种现象称为回弹。例如，对金属板料进行弯曲，当外力去除后，由于回弹的存在，以致弯曲板料内层被压缩的金属又有所伸长，外层被拉伸的金属又有所缩短，其结果使弯曲件的曲率和弯曲角度发生小量的变化。即受拉的会缩短，受压的要伸长，从而影响零件成形的准确性。回弹的方向总是与材料受力时变形的方向相反。回弹在很大程度上取决于材料的性质和成形时的变形程度。如，材料硬、厚度薄、弯曲半径大，则回弹大; 反之，回弹小。 回弹在金属冷成形中总是存在的，是不可克服的，但可以采取一些工艺措施减少它。由于回弹存在影响零件成形的准确度，消除回弹需采取相应的工艺措施。 另外，由于零件形状不一，零件上各部分回弹不均会造成零件翘曲或畸变。消除翘曲或畸变的根本方法是尽量使成形中的变形均匀。如不能做到这一点，在成形中可采用刚性限制和补偿方法予以补救。 2.体积不变 金属在塑性变形过程中，材料体积保持不变。在钣金零件成形中体积不变是确定毛料尺寸的理论依据。由于金属在塑性变形过程中，材料体积保持不变，因此会引起材料厚度不一致。 3.最小阻力定律 金属质点沿最小阻力方向流动的规律，称为最小阻力定律。即，金属变形总是沿着阻力最小的方向发展，据此可分析判断金属材料的变形趋向。 4.成形极限 成形极限是指板料在一定的变形方式和变形条件下，成形再也无法继续进行下去的限度。也就是说，达到了某种变形方式和变形条件下的极限变形能力。 成形极限是衡量材料成形性能好坏的重要指标。材料的成形极限大(或者高)，表明该材料容易成形; 反之，则不易成形。 金属材料的成形性能主要取决于自身的机械性能。即金属材料的成形性能与其塑性、屈服强度和抗拉强度有关。 金属材料的塑性越高，材料就越易变形和成形; 屈服强度(0.2)表示塑性变形的开始点，压制成形时，只有应力大于0.2，材料才开始塑性变形，从成形的观点看0.2愈小愈好，因为材料的变形抵抗力越小。经过塑性变形的金属材料，其0.2将会提高; 抗拉强度(b)表示变形的极限点。如果材料的b0.2区间越大或0.2 /b值越小，说明材料强度储备越大，变形过程越安全。14 飞机钣金件常用板料的性能 一、飞机钣金件常用板料的机械性能 如表1一1所示。 二、常见材料国产牌号与国外牌号的对照 如表1一2所示。 15钣铆工作安全基本知识一、个人安全防护知识 1.飞机结构修理人员在工作现场从事维修工作时，必须穿着指定的工作服，并穿戴整齐; 2.在从事维修过程中应执行工作现场的各项规章制度; 3.在下列环境中工作或操作下列机器设备时，应戴相应的防护眼镜: (1)在酸、碱或其它有害液体或化学药品可能溅入眼内时, 必要时应带上面罩; (2)焊接、铆接或錾凿时; (3)操作砂轮机、抛光机和金属丝砂轮时; (4)喷洗时; 4.万一有害物质进入眼内，应立即冲洗，然后到医务室处理; 5.在高强度噪音环境(如: 铆接、去除铆钉或在运转的发动机附近)工作时，应戴耳塞或耳套; 6.接触化学品(或溶剂)应戴手套，手或皮肤万一接触到有害的物质应立即清洗，并视具体情况涂抹防护品。二、工作时安全防护知识 1.使用合格的工、量、夹具，并严格执行工具三清点制度。工作前清点工作场所转移时清点工作结束后清点若丢失工具必须立即报告; 2.在使用机器设备之前，应先检查机器设备是否完好并处于合适位置; 3.使用铆枪时，不准枪口对人、不准放空枪; 4.高空作业时要采取必要的防范措施，以防工具等物品坠落损坏飞机和危及他人安全; 5.在飞机油箱内部工作时，要保持良好的通风，并使用规定的防爆工作灯和手电筒; 6.不允许以投或抛的方式传递工具;7.工作现场不允许嬉闹，不准随意乱丢废弃物;8.对挂有“不要合闸”、“不准操作”等字样警示牌的开关、手柄等切勿乱动;9.当上下工作梯上时，手不要插在口袋内，手要握住扶手;10.在工作现场通行时，应按规定的路线行走，并注意过往车辆;11.两人或多人一起配合工作时，要注意互相协调，以免出现意外。l 第二章 钣金手工成形工艺l l 21 放样l l 将立体构件的各表面，按其实际形状和大小，依次连续且无褶皱地摊平在一个平面上，称为立体构件表面的展开。l 立体构件表面展开后所得的平面图形称为展开图。l 若立体的表面可以展开，则称其为可展立体. l 若立体的表面不可以展开，则称其为不可展立体.l 可展立体: 平面立体（棱柱和棱锥）l 可展曲面立体（圆柱和圆锥）；l 不可展立体: 球面l 环面立体。l 如对于不可展曲面立体，常用近似方法画出其表面展开图。l 画展开图实质上是一个求立体表面实形的问题。l l 通常，将在板料表面1:1地画出零件展开图的方法称为放样。l 放样的基本原理是将复杂零件各部分的投影尺寸，按实际展开，随后组合成一个完整的展开形状。l 放样的基本方法有三种：l 平行线展开法l 三角形展开法l 射线展开法。l 柱面构件采用平行线展开法；l 对锥面构件采用射线展开法；l 对不可展曲面的构件用三角形法或将其近似地当作为柱面或锥面而采用前面两种方法展开。l 在飞机结构修理中，常以拆下的被修理件作为样板来画其展开图 l 一、平行线展开法l 当构件是由棱柱面或圆柱面构成时，可假设沿构件表面的棱线或素线将构件切开，然后将其表面沿着与棱线或素线垂直的方向打开并依次摊平在一平面上，便可得到该构件的展开图。l 由于棱线或素线在摊平前是互相平行的，所以摊平后它们仍互相平行，作图时可充分利用这一特性，只要找出这些平行棱线或素线间的距离，以及它们各自的长短即可得到展开图。l 按这一原理绘制展开图的方法，称为平行线展开法。l 1棱柱管表面的展开l 棱柱管的侧面都是四边形。而且棱线相互平行。因此，只要求出各侧棱和底边的实长，就可以画出棱柱表面的展开图。l 图21（a）为斜口直棱柱管的两面投影。由于四棱柱底面ABCD平行于H面，其H投影反映实形。各侧棱EA、FB、GC和HD均为铅垂线，正面投影反映实长，根据这个关系就可以作出四个侧面的实形。l 图2-1 四棱柱管的展开 l 作展开图的方法:l （1）四棱柱各底边平行于H投影面，其各边反映实长，可按四棱柱底面各边实长顺次展开成一水平线，标出A、B、C、D、A等点。l （2）过这些点作垂线，在所作垂线上量取各侧边棱线的实长，即得E、F、G、H、E各点。l （3）顺次连接各侧棱端点，得出这个四棱柱管的展开图，如图2-1(b)所示。 l 2截头正圆柱表面的展开l 正圆柱表面的展开图是一个以柱高H为高，以D(D为圆柱直径)为底的矩形，当正圆柱被一正垂面P斜截，其上下底不平行，上底为被平面P斜截的椭圆，下底为圆，如图2-2 （a）所示。图2-2 截头正圆柱表面的展开l 若以两素线当作一平面图形，则该平面图形可看成直角梯形，它的上下底为两素线，其正面投影反映实长，其一腰垂直于上下底，长度为两素线间的底圆的弧长，其展开图的作图步骤如下：l （1）在H面投影上，将柱底圆周分为若干等分，本例为12等分，并过各分点作素线的正面投影，与Pv分别交于点a、b、c、d等点。l （2）将柱底圆周展开为一直线，其长度为2R，在其上截取各等分点，得点0、等点。 l （3）过0、各分点作展开线的垂直线，使它们分别等于相应素线的实长，为此可过a、b、c、d各点，引水平线与展开图上相应素线相交，得点A、B、C等点。l （4）用圆滑曲线连接各点后，所得图形，即为所求的展开图(图2-2b)。 l 3.等径三通管表面的展开l 图2-3所示的三通管接头是由一水平直圆管和一铅垂直圆管正交组成，两管的直径相等。 l l 图2-3 等径三通管的展开下料法l 其展开图步骤如下：l (1)画立面图(1:1正视图)；l (2)画两个平面图，并把半圆周分成六等分，(等分数越多越准确)；l (3)延长FE得直线HG，用平面图上一等分之弦长在HG上截取12等分并通过等分点作HG的垂线；l (4)延长BA和DC得直线KM和LP，用平面图上一等分之周长在LP上截取12等分，并通过各等分点作LP的垂线；l (5)通过平面图上的各等分点向立面图作垂线交于SQ和TQ再通过接合线上各交点向I展开图和展开图引垂线与相应的等分线相交于各点，把这些交点连成圆滑的曲线，即得到所求的展开图。 l 二、射线展开法l 对于棱锥面或圆锥面的构件，也可以和柱面一样，假设沿其棱线或素线将构件切开，然后将表面打开，摊平在一平面上，便能得到展开图。锥面的棱线或素线在展开前汇交于锥顶，展开后仍相交于一点，所以这种方法称为射线展开法。l 射线展开法适用于表面素线相交于一点的锥体。将锥体表面用呈放射形的素线，分割成共顶的若干小三角形平面，求出其实际大小后，以这些放射形素线为骨架，依次将它们画在同一平面上，即得到所求锥体表面的展开图。l 1正圆锥的展开l 正圆锥的特点是表面所有素线长度相等，圆锥母线为它们的实长线，展开图为一扇形，如图24所示。 l 图2-4 正圆锥的展开l 展开时，先画出圆锥的主视图和锥底断面图，并将底断面半圆周等分为若干等份。l 过等分点向锥底口引垂线得交点，由底口线上各交点向锥顶S连素线，即将圆锥面划分为12个小三角形平面。l 再以S为圆心、S一7长为半径画圆弧11等于底断面圆周长，连接1、1与S，即得所求展开图。将展开图圆弧上各等分点与S连接，便是圆锥表面素线在展开图上的位置。l 2截头正圆锥表面的展开l 图2-5所示正圆锥被一正垂面P斜截。l 图2-5 截头正圆锥表面的展开l 其表面展开图的作图步骤如下：l (1)展开正圆锥的表面。l 正圆锥表面的展开图是以圆锥素线的实长为半径，锥顶S为圆心，锥底圆周长为弧长的-扇形，扇形的圆心角 l r 3600/ l l （其中 r 为正圆锥底圆半径，l为锥面素线实长），如图2-5(c)所示。l 实际作图时往往采用近似方法，即把锥底圆周分为若干等分(如12等分)，在展开图的圆弧上连续截取12段弦长，弦长等于圆锥底圆周长的1/12。l (2)求各素线被截去部分的实长。正圆锥被正垂面P斜截之后，各系线被截去部分的实长，除sa、sg反映实长外，其余各素线可用直角三角形法求得，例如求S素线上SB的实长时，可过点b 作水平线，与圆锥轮廓线交于b1 ，则sb1即为SB的实长。ll (3)确定截交线上各点在展开图上的位置。在展开图中S素线上，截取SBsb1 ，得点B，用同样方法，在各素线上求出A、C、D、E各点，以圆滑曲线连接各点后，扇形左侧部分，即为所求的展开图。 l 三、三角形展开法l 三角形展开法是以立体表面素线或棱线为主，并画出必要的辅助线，将立体表面分割成一定数量的三角形平面，然后求出每个三角形的实形，并依次画在平面上，从而得到整个立体表面的展开图。l 三角形展开法适用于各类形体，只是精确程度有所不同。l 1正四棱锥筒的展开ll l l 图26 正四棱锥筒的展开 l 由图26的主、俯两视图可知，正四棱锥筒的上口和下口的各线段在视图中反映实长，而四个棱线及对角线不反映实长，可用直角三角形法求其实长 (见实长图)。然后利用各线段实长，以视图上已划定的排列顺序，依次作出各三角形的实形，即为正四棱锥筒的展开图，如图2-6所示。l 直角三角形法求直线段实长的步骤如下：l （1）作一直角；l （2）取直角的垂直边等于线段在正面投影面上的投影高，如本例中，线段1-5在正面投影中的高h ；l 直角的水平边取线段在水平投影面上的线段长，如本例中，线段1-5在水平面的投影1-5 ；l （3）连接直角两边端点成一直角三角形，则其斜边即为线段的实长，如本例中的f为线段1-5的实长。l 具体作图步骤如下:l (1)画主视图（立面图）和俯视图（平面图）。在俯视图上依次连出各面的对角线1-6、2-7、3-8、4-5，得到8个三角形。再求出对角线1-6在主视图的投影。l (2)作一水平线，以h为高作垂线，分别以平面图上的线段1-5、1-6和2-7为长度在水平线上截取3个点并连接高h的顶点，得到f、f和f三条下斜线，即为相应线段的实长。l (3)从线段1-2开始画展开图，按平面图相关边长依次以各相应的下料线为半径，找到各交点并连线，则为所求的展开图。 l 2斜圆锥管的展开l 斜圆锥管的轴线倾斜于底面，上端面和底面均为圆,要求其展开图，先将斜圆锥管的上下底圆分为相同等分后，近似地以弦代弧，然后将圆锥面划分为若干个小三角形，再求出各边实长，画出各个三角形的实形，依次连接起来，所得图形即为所求，如图2-7所示。l 图2-7 斜圆锥管的展开l 作图步骤如下：l (1)画立面图、平面图，将平面图的一半圆周6等分，作投影线，分割成12个三角形；l (2)应用直角三角形法求出平面图各投影线的实长即下料线； l (3)作展开图，如图示先画一长线标出8-1线的实长线。再从平面图上取8-9距离，以8点为中心划弧，再取1-9实长线，以1点为中心画弧，得两弧交点9，以此类推，画出展开图。l 注意：该图只展开一半，因为是对称的，另一半完全相同，实际的展开料应包括另一半。 l 3.圆方变形接头的展开圆方变形接头是一种常用的接头，它上接圆柱管，下连矩形管。它是由四个等腰三角形平面和四个相等的倒斜圆锥面组合而成。通常用三角形法作出其展开图，如图28所示。l 图2-8 圆方变形接头的展开l 具体作展开图法如下：l (1)作立面图、平面图，将右下四分之一区圆弧四等分，把等分点连接A得A1、A2、A3，三条投影线；l (2)作xoy坐标，在Y轴上取OGH，在ox轴上分别以A1、A2、A3、E1长度截取四点，并连接G，则得1、2、3、L四条实长的下料线；l (3)以各下料线为半径，依次找到交点，连线即为展开图。l 四、不可展曲面的近似展开l 曲线面中所有素线均为曲线，相邻两素线不能构成小平面的，则为不可展面，例如球面等。l 为满足生产的需要经常要画出不可展曲面的展开图，这只能采用近似的方法作图。其方法是将不可展曲面分为若干小块，使每一部分的形状接近某一可展面，例如平面、柱面或者锥面，然后画出其展开图，l 下面介绍球面采用柱面法的近似展开的方法。l 柱面法就是以外切于圆球面的柱面来代替圆球面作近似展开图的方法，其要点是通过铅垂旋转轴切割球面为若干等分。由于每一等份均成柳叶状，故该法又称为柳叶法，如图2-9所示。l 将每一等份用圆球面的外切圆柱面来代替，然后将这部分圆柱面的展开图作为该部分圆球面的近似展开图。l 图2-9 柳叶法展开球面 l 球面的近似展开，如图2-10所示。 l 图210 球面的近似展开l 具体作展开图的步骤如下:l (1)在球的H投影中，过点O将球分为若干等分(例如12等分)，每一等份就是一片柳叶。又在球的V投影中，也分球的V投影轮廓线为若干等份(图中为3等份)，并过等份点1、2、3作纬圆的V投影，然析作纬圆的H投影，再在球的H投影中，过点1、2、3作纬圆H投影的切线，交柳叶片两边线的H投影于点a、b、c,如图2-10（a）所示。l l l (2)作柳叶片展开图的对称轴线，使它的长度等于2R/2(R为球的半径)，并分为6等份，上下各得分点、，如图2-10（b）所示。或者以V投影轮廓线上一等份的弦长12(图2-10a)，在对称轴线上截取6等份。l (3)过各分点，作对称轴线的垂直线，并在各垂直线上截取柳叶片的宽度，在分点上截取AA等于H投影点l上的aa切线之长，在分点上截取BB、CC等于切线bb和cc之长，用光滑曲线连接、C、B、A、B、C和点，得一片柳叶的展开图，如图2-10（b）所示。再用这一柳叶的实形作样板，依次连续地画出12片柳叶，就得到整个球面的近似展开图。l 四、放样时板厚的处理l 上述各种构件的展开图都没有考虑到构件板厚的影响。而实际构件的板料都有一定的厚度。当对板料进行弯折加工，板料的厚度对构件成形是有影响的。l 板料较薄时，板厚对于展开图产生的影响较小，所得构件的误差可以控制在工程允许的公差范围内，因此，可以忽略板料厚度；l 当板料较厚（构件板厚大于1.5 mm）时，则必须考虑板厚对展开图尺寸的影响，否则会使构件形状、尺寸不准确，以致造成废品。l 在板料较厚的构件放样中，根据制造工艺，按一定规律来处理板料的厚度，消除它的影响，画出修正后的展开图，以保证制成后的构件符合设计要求，这个过程称为板厚处理。 l 1.曲面板构件形状的板厚处理l 当将厚度为t的平板弯曲成圆弧状时，如图2-11所示。l 板的外层因拉伸而变长，l 内层被压缩而变短，l 中性层仍保持原来长度不变。l 由于中性层在弯曲后长度不变，所以，对于曲面板构件，应以板的中性层尺寸为准来绘制展开图。l 外层表面称为外皮；内层表面称为里皮。l 图2-11 板的弯曲 l 板中性层的位置与板的厚度和弯曲半径有关。通常，当构件内表面的弯曲半径r和板厚t的比大于5时，可以认为板的中性层在0.5t处，即与板的中心层相重合。l 这种情况下经板厚处理后的弯半径Rr 0.5t，如图2-11所示。当r和t的比小于5时，处理后的弯曲半径应按公式Rrxt计算。公式中系数x的值由表2-1中选取。l （1）圆柱管的展开图l 图2-12(a)是圆柱管投影图，其内、外层直径分别是d和D ，高是H 。图(b)是按中性层直径d0绘出的圆柱管投影图。图（c）是圆柱管的展开图，矩形的高仍是H，宽是d0 。l 当认为圆柱管的中心层就是中性层时，矩形的宽等于(Dt)或(dt)。l 图2-12 圆柱管的板厚处理l (2)等径直角弯头的板厚处理l 厚板制成的两节等径直角弯头，展开时若不经正确的板厚处理，会造成两管接口处不平，中间出现很大的缝隙，而且两管轴线的交角和结构装配尺寸也不能保证，如图2-13（a）所示。l 图2-13 等径直角弯头的板厚处理l 正确的板厚处理方法是:l 在保证弯头接口处为平面的前提下，确定两管的实际接口线。由图2-13（b）可知，弯头内侧两管外皮接触，弯头外侧两管内表面接触，中间自然过渡。所以，展开图中，以轴线位置为界，弯头内侧要画出外表面素线，弯头外侧则画出内表面素线，并以此确定展开图上各素线高度(长度)。l 此外，圆管展开长度还应取中性层周长，而各素线在展开长度方向的位置，仍取其对应的中性层位置。l 具体作法如下:l a.用已知尺寸画出弯头的主视图和实际接口线。l b.以轴线为界画出内、外圆断面图，并将其4等分，得等分点1、2、3、4、5。由等分点引上垂线，得过各等分点的圆管素线及接口线上的交点1、2、3、4、5。l c.作展开。在主视图底口延长线上，截取1-1=(Dt)，并作8等分。由等分点引上垂线(素线)，与由接口线上各点向右所引水平线相交，对应交点连成光滑曲线，即得弯头单管展开图，如图213。 l （2）圆锥管的展开图l 图2-14(a)为圆锥管的投影图。图2-14(b)为分别以其大、小端的中性层直径D0和d0 ，以及两端中性层圆之间的距离H0绘制的投影图。圆锥管的展开图是扇形，它的大端圆弧长是D0，小端圆弧长是d0 ，L可由下式算得l 圆弧所对圆心角1800(D0d0)/ L。图2-14(c)为圆锥管的展开图。 l 图214 圆锥管的板厚处理l 2.平面板构件形状的板厚处理l 当将板厚为t的平板弯折成斜角形板时,如图2-15所示，其内表面（里皮）弯折处为半径很小的圆角，可以认为其半径为零，外层弯折处为半径近似等于板厚t的圆角。即在弯折处虽然外层长度有较大变化，但内层长度没有变化，未被弯折的长度L1和L2也没有产生变形。l 所以，对于平面板构件，应以板的里皮尺寸为准，绘制放样图，并予以展开。 l l 图2-15 板的弯折 l 图2-16中分别是矩形管的投影图、放样图和展开图。l 放样图是按矩形管内表面尺寸A和B绘制的。l 展开图是从矩形管前侧板中间切开而绘制的，其总宽为2A2B。l l 图2-16 矩形管的板厚处理l 图2-17的左半为双向弯折的弯板投影图，右半为其展开图。l 弯板中段应以前表面内角处到后表面内角处的距离作为它的内层长度，展开图的总宽度为ABC。l l 图2-17 双向弯折板的板厚处理l 3.平、曲面板混合构件形状的板厚处理l 对于既包含平面板，又包含曲面板的构件，其板厚处理仍按上述规律进行。l 即平面板部分按平面板的规律进行处理；l 曲面板部分按曲面板的规律进行处理。22 下料 下料是将原材料按放样图或按需要切成毛坯。 手工下料钣金下料 机械下料 手工下料是操作者采用手剪刀或手提气动剪等按放样图剪切坯料。 机械下料可分为剪切，铣切、锯切、冲切、氧气切割及激光切割等。 一、剪切 剪切是钣金工应用的主要下料方法。 它具有生产效率高、剪断面比较光洁、能切割板材及各种型材等优点。(一)剪切加工基础知识 剪切加工的实质都是通过上、下剪刃对材料施加剪切力，使材料发生剪切变形，最后断裂分离。 剪切过程及剪断面状况的分析 剪切时，材料置于上、下剪刃之间，在剪切力的作用下，材料的变形和剪断过程如图218所示。 弹性变形阶段 局部的塑性弯曲和拉伸变形 形成塌角区和光亮的塑剪区 材料出现微裂纹 剪裂缝重合，使材料最终分离。 图218 剪切过程在材料剪断面上具有明显的区域性特征，可以明显地分为塌角、光亮带、剪裂带和毛刺四个部分，如图219所示。 1-塌角 2-光亮带3-剪裂带4-毛刺 图219 剪断面状况 剪刃口锋利，剪刃容易挤压切入材料，有利于增大光亮带，而较大的剪刃前角，可增加刃口的锋利程度。 剪刃间隙较大时，材料中的拉应力将增大，易于产生剪裂纹，塑性变形阶段较早结束，因此光亮带要小一些，而剪裂带、塌角和毛刺都比较大。 反之，剪刃间隙较小时，材料中拉应力减小，裂纹的产生受到抑制，所以光亮带变大，而塌角、剪裂带等均减小。间隙过小或过大均将导致上、下两方面的裂纹不能重合于一线。间隙过小时，剪断面出现潜裂纹和较大毛刺；间隙过大时，剪裂带、塌角、毛刺和斜度均增大，表面极粗糙。若将材料压紧在下剪刀上，则可减小拉应力，从而增大光亮带。此外，材料的塑性好、厚度小，也可以使光亮带变大。综合上面分析可以得出，增大光亮带，减小塌角、毛刺，进而提高剪断面质量的主要措施是增加剪刃刃口锋利程度，剪刃间隙取合理间隙的最小值，并将材料压紧在下剪刀上等。 (二) 手剪工具与剪切1. 手剪工具（1）直口剪剪切刃为直线，用于剪切直线轮廓的板料,如图2-20（a）所示。（2）弯口剪剪切刃为曲线，用于剪切曲线轮廓的零件，如图2-20（b）所示。弯口剪根据剪刃的弯曲方向分为左剪和右剪两种。（3）手提气动剪属半机械化的手剪工具，其剪切厚度可达2.5毫米, 见图2-20（c）。2.手工剪切下料 手工剪切下料是钣金技能的重要组成部分。 手工剪切一般可剪切厚度2毫米以内的铝板或厚度为1毫米左右的钢板。 手工剪切操作及要点如下： （1）右手握剪把，如图2-21所示，剪把不能露出掌心太长，但尾端又不能握在手掌中。 （2）左手持料，按剪切方向送进，并使上剪刃与剪切线对正。 （3）剪切时，要用上剪刃压住材料，并使剪口与材料成一角度。 （4）剪切时，两刃口只张开剪刃全长的3/4，剪切中，剪刃不完全合拢，应留1/4剪刃长，如图2-22所示。 图2-22 剪刃工作状态 5.剪凹角应先钻止裂孔或在凹角处留一定距离不剪开，用手掰下连接处，再锉修到剪切要求,如图2-23(a)所示； 对角形件先锯开角根再剪开，如图2-23(b)所示。 6.剪切时，剪切方向以剪切刃口不遮住剪切线为准。7.剪切内孔的方法是先在板料上开一个大孔，再用弯口剪采用螺旋线方式逐渐扩大，剪切大的内孔较好的方法是采用振动剪剪切。(三)手动剪床 常用的手动剪床有弓形剪床、无喉剪床和四方剪床。这些剪床都是靠人力操作进行剪切的。 1.手动拔剪又称杠杆台剪，如图2-24所示。手动拔剪用来剪切直线轮廓毛料，可剪切厚度3毫米的铝板，厚度2毫米的钢板。 图2-24 手动拔剪 2.弓形剪床(图2-25)用于剪切那些不能切开边缘，要从薄板中部剪下不规则曲线的场合。上刀口固定，下刀口可移动。机器是由与下刀口相连的手柄控制的。 图2-25 弓形剪床 （3）无喉剪床 这种手动剪床以其结构而得名，如图2-26所示。它好似没有喉咙，材料在剪切长度方向上无任何阻碍，可切割任何长度的薄板，并且金属可在任何方向上移动，以便于切割不规则的形状。切刀(上刀刃)用手柄控制。 切割厚度为10号的低碳金属板和厚度为12号的不锈钢最好使用各种无喉式剪切机 图2-26 无喉剪 图2-26 无喉剪 （4）四方剪床 四方剪床只能剪切直线边。它主要由一个固定到床体上静止不动的下刀刃和一个固定到十字头上移动的上刀刃及机架等组成的，如图2-27所示。 剪切机装有一个弹簧，平时，弹簧把上刀刃和踏脚板提起，保持在待剪切位置。有的四方剪床，在剪床台面上刻有刻线，以便对齐板料。 当剪切时，将薄板装在剪床台面上，在刀刃前把要剪切的边与剪床的切割边对齐。当压下夹板使薄板紧紧卡在平面上后，把脚放在踏板上，向下踏，使上刀刃向下运动，进行剪切。 图2-27 四方剪床 图2-27 四方剪床(四)剪切机与剪切 剪切机剪切下料是利用上下刀刃为直线的刀片或旋转滚刀片的剪切运动来剪裁板料毛坯。常见的剪切机有直剪剪切机、滚剪机和振动剪。 1.直剪剪切机剪切 如图2-28所示，上刀片1固定在刀架2上，下刀片3固定在下床面4上，床面上安装有托球5，以便于板料6的送进移动，后挡料板7用于板料定位，其位置可根据需要由8进行调节。液压压料筒9用于压紧板料，防止板料在剪切时翻转。防护板10是安全装置，以防工伤事故。 图228 剪切机工作原理 2.滚剪机剪切 根据圆盘剪刀安装情况，可将滚剪机分为直圆盘剪和斜圆盘剪，如图229（a）和（b）所示。 图2-29 滚剪机 剪刀工作时须有正常间隙，其间隙应根据板料厚度不同进行调整。一般垂直间隙为t/3，水平间隙为t/4,t为板厚。垂直间隙用调节上剪刀的方法调整，水平间隙则用调节下剪刀的方法调整。 用滚剪机剪切时，剪刀对板料有自动送料的作用。为使板料能自动沿着刀口送料，板料与刀口之间摩擦力的合力R应大于推力P的合力。送料角愈大，推力也愈大，当推力大于摩擦力时，可用调节挡块的方法来平衡其推力。在相同的滚刀直径下，板料愈厚，角愈大，剪切愈困难。 3.振动剪床 振动剪床，如图2-30所示。振动剪床用于剪切曲线或直线外轮廓的毛料，剪切厚度可达3毫米。 图2-30 振动剪 （五）剪切质量分析（见表2-2）表2-2 剪切质量分析1.剪不断原因：1)上、下刀刃间隙过大2)刀口钝3)料太厚排除方法：1）调整刀刃间隙2）刀刃磨锐3）在剪刀规定范围剪切2尺寸超差原因：上剪刀刃与零件剪切线未对正排除方法：应按剪切线剪切3剪切线间断且不直原因：后一剪与前一剪未衔接好排除方法：压线连续剪切4剪裂原因：1）凹角处未钻止裂孔或剪过线2）剪切时剪刃全部闭合咬伤零件排除方法：1）止裂孔或留锉修余量2）剪切时剪刃不合拢5毛刺原因：1）剪切间隙不对2）剪刃变钝排除方法：1）调整刀刃间隙2）刀刃磨锐二、铣切下料 铣切下料是在钣金铣床或普通铣床上，利用高速旋转的铣刀对成叠或单张的板料进行铣切，其工艺方法简单，生产效率高。目前在航空工业生产中，许多飞机的蒙皮，中型结构零件的展开件，套裁的零件