第讲第章零件的加工工艺①钢材准备

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－①

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－①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㈠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㈡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。

⑴零件加工的目的（作用）①零件的加工，可检查图纸设计、结构形式和尺寸的正确性与合理性；

②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

⑵零件加工应满足的要求

①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。

②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⑶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：

①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。②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

③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；④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㈢

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：

⑴变形加工

⑵分离加工

⑴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钢钢材加工工概述⑵分离离加工作用在工工件单位位面积上上的外力力超过了了材料的的抗拉强度，使使之发生生断裂而而造成材材料的一一部分与与另一部部分分离的的加工。。如剪切、冲冲孔、边边缘加工工、钻孔孔等属此类类加工。。当σ＞σb时(外力力使材料料达到极极限应变变εmax)，材料产生生断裂称称之为分分离加工工。3.1.1钢钢材加工工概述焊接结构构制造过过程中，，金属材材料应具具备：较高的伸伸长率和和韧性，，较低的的屈强比比和时效效敏感性性。一般说来来：低碳钢：：伸长率率δ≥16％，，屈强比比σs/σb≤70％％；低合金钢钢：伸长长率δ≥≥14％％，屈强强比σs/σb≤80％％。否则，材材料的加加工性能能较差，，不易保保证加工工质量，，需要采取取相应的的工艺措措施，以以提高加加工性能能。3.1.1钢钢材加工工概述㈣零零件的加加工方法法⑴冷加加工──在常常温下进进行的各各种加工工。⑵热热加工──将工工件加热热在高温温状态下下的各种种加工，，多用于于变形加加工的构构件。⑶温加加工──介于于冷、热热加工之之间的一一种工艺艺方法。。3.1.1钢钢材加工工概述⑴冷加加工──在常温下下进行的的各种加加工。冷加工的的优点：：①不加加热，无无氧化皮皮产生，，金属无无烧损，，节省能能源，费费用低；；②工艺艺过程简简单，操操作方便便，生产产条件好好；③工件件成形准准确，加加工质量量好，不不易造成成压伤和和划伤缺缺陷。3.1.1钢钢材加工工概述冷加工的的缺点：：①材料料变形抗抗力大,需要较较大功率率的加工工设备来来完成;②加工工硬化现现象严重重。★加工硬化化的概念念金属经塑塑性变形形后，其其强度指指标增加加，而塑塑性指标标降低，，变形抗抗力增加加的现象象称之为为加工硬化化。3.1.1钢钢材加工工概述★避免和和消除加加工硬化化的方法法①合理理选择加加工工艺艺(预防防措施)使被加工工件受力力均匀,变形一一致,控控制变形形速度，，避免在在塑性变变形低的的温度区区间加工工，防止止脆断。。一般在在脆性转转变温度度以上进进行。碳素钢在在20℃℃以上，，冬季应应预热到到60～～150℃。3.1.1钢钢材加工工概述②对产生生加工硬硬化的构构件和材材料，应应用热处处理的办法来消消除，以以恢复和和改善钢钢材的力力学性能能。③局部边边缘加工工硬化可可采用再再加工的的办法加加以消除。如剪切产产生的加加工硬化化可用刨、铣等方法消消除；冲冲孔产生的的加工硬硬化可用用扩孔的方法消消除。应注意下下料时应应留取相相应的加加工余量量。3.1.1钢钢材加工工概述④适当控制制钢材的的变形程程度变形程度度越大，，加工硬硬化越明明显。对对平板来来说，同样直径径，厚度度大者；；同样厚厚度，直直径小者者则制成成圆筒的变变形程度度越大。。变形程度度一般用用变形率来表示。。通常按按受拉部分分最外层纤纤维的伸伸长率ε来计算，，如：圆柱体：3.1.1钢钢材加工工概述球形、碟碟形表面面：式中δ──钢板厚度度(mm);R──截面重心心层弯曲曲后曲率率半径(mm);R。──截面重心心层原始始曲率半半径(mm)。3.1.1钢钢材加工工概述不同材料料加工时时允许的的变形率率不同。。锅炉和和压力容器的受受压壳体体符合下下列情况况可以进进行冷加加工:碳素钢钢：δ≤20mm,或δ＞20mm,而而ε≤5%；合金钢钢：ε≤3％％。但为了了安全全起见见，ε一般多多控制制在2.5%～3%范围内。3.1.1钢钢材加加工概概述⑵热热加加工──将工件件加热热在高高温状状态下下的各各种加加工，，多用用于变变形加加工的的构件件。★热加工工的优优点①高温下下强度度降低低，塑性增增大，变形形抗力力减小，设设备动动力和和人力力消耗耗降低低；②使冷态态下不不可能能加工工或难难以加加工的的构件件变得得可能或或容易易加工工,且且不易断断裂;③热加工工可以以通过过再结晶晶消除除内应应力,避避免产产生加工工硬化化。3.1.1钢钢材加加工概概述★热加加工的的缺点点①钢材或或工件件的加加热需需增添添设备备，会会大量量消耗耗人力力、物物力和和财力力；②工艺过过程复复杂，，要求求较高高的操操作技技术，，生产产周期期延长长；③产生大大量氧氧化皮皮，易易造成成表面面的压压痕或或烧损损，影影响表表面光光洁度度；④高温作作业生生产条条件差差，劳劳动强强度高高。基于上上述四四条缺缺点，，一般般情况况下，，只对冷冷加工工条件不足足或不不允许许冷加加工的的工件件进行行热加加工。3.1.1钢钢材加加工概概述★热加工工方法法①局局部加加热法法──时间短短，节节省能能源，，不需需大型加热热设备备。多用于于管件型型钢件件弯曲时时的局局部加加热。。Ａ.气体火火焰加加热：设备简简单，，加热热面积积小；；不均匀，，温度度难以以控制制。Ｂ.开式炉炉加热热：加热质质量好好，温温度便便于控控制。。3.1.1钢钢材加加工概概述②整整体加加热法法──将整个个工件件放在在炉中中加热热，热量均均匀，，温度度控制制准确确；但但设备备较大大、时时间很很长。多用于于封头曲曲面厚厚板的压制制。在热加加工时时要注注意防防止产产生“热脆”和“过热”现象。。常用材材料的的热加加工温温度范范围见见表3-2。3.1.1钢钢材加加工概概述★热脆──当加热温温度接接近金金属熔熔点时，由由于晶界被氧氧化，晶粒粒间的的结合合力被被削弱弱，使使材料料塑性性降低或完完全丧丧失，，在外外力作作用下下，很很容易易产生生破裂裂的现象。。★过热──因加热热温度度过高高或高高温停停留时时间过过长致使材材料晶晶粒长长大引引起机机械性性能下下降的的现象象。3.1.1钢钢材加加工概概述⑶温温加工工──介于冷冷、热热加工工之间间的一一种工工艺方法。。低碳钢钢一般般在500～600℃之之间。。温加加工适适用于于冷加工困困难而而又不不宜采采用热热加工工的材材料。。由于于温加加工只解决决了冷冷、热热加工工的部部分困困难，，并不不能解解决加加工中出现现的主主要难难题，，仍需需一些些补充充措施施来解解决，，所以温加加工在在生产产中应应用并并不广广泛。。3.1.2钢钢材的的表面面预处处理因学时时所限限，本本小节节内容容安排排自学学。P41-43钢材的的表面面预处处理---表面面除锈锈机械除除锈法法—喷喷丸化学除除锈法法—酸酸洗3.1.3钢钢材的的矫正正㈠矫矫正正的概概念矫正又又称为为矫形形，就就是使使钢板板或工工件在在外力力的作作用下产产生与与原来来变形形相反反的塑塑性变变形，，以消消除弯弯曲、扭扭曲、、皱折折、表表面不不平等等变形形，从从而获获得正正确形状的的过程程。对钢材材进行行的矫矫平或或矫直直统称称为矫矫正。。对每一一个工工件或或产品品来说说，是是否需需要进进行矫矫形，，是一一次矫矫形还还是多多次矫矫形，，将依依钢材材及工工件的的变形形情况况和工工艺要要求而而定。。3.1.3钢材的的矫正㈡矫正正原理钢材的任何何变形都是是由于钢材材在外力的的作用下其其局部发生塑塑性变形使使某一部分分纤维被拉拉长，而另另一部分纤维被被压缩而造造成的。因此，矫正的实质质就是将被被拉长的纤纤维缩短或或将缩短的的纤维拉长长，以恢复复原状，或是使其它它部分的纤纤维也拉长长或缩短，，产生与局局部纤维相相同的变形形，从而达达到矫正的的目的。3.1.3钢材的的矫正凡是变形超超过技术要要求的钢材材，在划线线、号料以以前必须进进行矫正。。一般钢材下下料前的允允许偏差值值见表3-4。3.1.3钢材的的矫正㈢矫正正方法与设设备⑴矫正正方法分类类★按工件加工工过程分①钢板的矫正正──划线下料加加工之前对对钢板进行行的矫平工序；②半成品矫正正──钢材加工过过程中，因因受力不均均匀或其它原因造成成工件变形形，为不影影响工件的的进一步加加工所进行行的工序间的矫矫正；③成品的矫正正──在装配焊接接之后，对对装焊过程程中产生的各种变形形进行的矫矫正，如吊吊车梁的焊焊后矫形。。3.1.3钢材的的矫正★按矫正时温温度的不同同分①冷矫正正──是应用最广广泛的一种种矫正方式式;②热矫正正──当材料塑性性较差或变变形较严重重或因采取取冷矫设备备能力不足足时使用。。★按操作方法法的不同分分①手工矫矫正；②机械矫矫正；③火焰矫矫正。3.1.3钢材的的矫正⑵各种矫矫正方法及及设备①手工矫矫正手工矫正是是一种原始始的较笨重重的矫形方方法。一般多用在厚厚度小(3mm以下下)、数量量少的小块块板材矫正。3.1.3钢材的的矫正手工矫正原原理：如图3-3和和图3-4所示。图3－3钢钢材突起起部位矫正正顺序示意意图3.1.3钢材的的矫正图3－4手手工矫正正马刀形变变形3.1.3钢材的的矫正手工矫正的的特点：A.操作灵灵活，适应应性较强；；B.生产效效率低，矫矫平质量差差(工件表表面易留下下锤痕,被被锤击处力力学性能发发生变化);C.劳动强强度大，噪噪音大，不不安全。3.1.3钢材的的矫正②机械矫矫正按加力方式式和对工件件的作用，，机械矫正正分为：Ⅰ张力矫矫正法(在在拉伸机上上进行);Ⅱ弯曲矫矫正法(在在压力机上上进行);Ⅲ辊轧矫矫正法(在在多辊矫平平机上进行行)。应用最普遍遍的是辊轧轧式矫正法法。3.1.3钢材的的矫正★辊矫原理多辊式矫平平机主要用于矫矫平钢板。。矫平时，，钢板在矫平机机上下辊压压力的作用用下，经多多次反复弯弯曲，使钢板板得到均匀匀的拉伸，，多种原始始曲率逐渐渐趋向单一，，并不断减减小，最终终得以矫平平。3.1.3钢材的的矫正★影响矫平效效果的主要要因素a．矫平机机辊间距t:t↑，所需矫平力f↓，但矫平效果较差；；t↓，f↑，矫平效效果↑，辊辊子磨损↑↑。b.矫平平机辊直径D:D＝(0.9～0.95)t,并按被被矫板的强强度、最大大厚度和宽宽度进行校校核。c.辊数n:n↑,矫平平精度↑,但矫平平机结构越越复杂。3.1.3钢材的的矫正d.矫平次次数N:矫平平次数的多多少取决于于被矫材料的应力度度系数。式中E──材料的的弹性模量量;δ──材料厚厚度;σs──材料的的屈服极限限;γ──矫正曲曲率半径。。