船舶建造5.ppt

1、,船体型材构件的成形加工,常用型材种类 角钢，球扁钢。 型材构件 肋骨，横梁，纵骨等 。 (其中：肋骨弯曲工作量最大 ),一、肋骨成形方法及其分类,（一）典型的肋骨弯曲成形的方法 型材矫直机冷弯； 三轮滚弯机滚弯； 多模头一次成形数控肋骨拉弯机冷弯; 三支点肋骨冷弯机冷弯； 纯弯曲原理肋骨冷弯机冷弯。 手工热弯； 中频加热肋骨弯曲淬火机热弯。,（二）成形方法的分类,1、按是否预热分类 冷弯加工：常温下直接施加外力。如： 热弯加工：将型材加热使其塑性增加再施加外力。 如：、,2按型钢进给方式分类,连续进给： 适合加工圆弧形肋骨，对任意曲线形状肋骨，操作复杂。如、。 逐段进给： 进给一段弯曲一段。

2、 优点：设备简单，易实现自动控制。如、。 国内最常见的方法。 一次成形： 整根肋骨一次成形。 优点：自动化程度高； 缺点：设备庞大、投资多，不易预计回弹量。如。,多模头一次成形数控肋骨拉弯机,3、按型钢受力状况分类,拉弯原理： 比较少见，如数控肋骨拉弯机，适合加工低腹板型钢。 集中力弯曲原理： 传统方法，有3个支点，又称三支点弯曲，多数肋骨冷弯机应用这种原理。 纯弯曲原理： 梁的断面上只受弯矩而不受剪力作用产生平面弯曲。,二、典型的逐段进给式肋骨冷弯机,1、三支点逐段进给式肋骨冷弯机,工作部分的示意图,工作过程： 固定夹头(中间夹头)、可动夹头进退和旋转，对型材施加外力，将型材弯成所需要的形状

3、。 一段弯好后，再进给一段，逐段弯出整根肋骨。 夹头上的夹紧装置将型材腹板夹紧，以防止型材产生翘曲和皱折。 工作原理：三支点集中力弯曲。 优缺点： 设备简单、使用较普遍。肋骨上压痕大，加工效率不高。,2、纯弯曲原理肋骨冷弯机,组成： 机械部分主要由水平弯曲机构、垂向弯曲机构、进料机构、正位机构及压印机构等组成。弯曲机构采用液压传动。 工作过程： 弯制肋骨时，首先使三个垂直安置的夹紧油缸驱动三个夹头夹紧型材的腹板，然后由两个水平安置的大小相同的弯曲油缸分别驱动两个侧夹头体作水平方向的前后运动。由于中夹头体上设置有两个顶弯柱，两个侧夹头体各设置有一个顶弯柱，使得型材受这四个顶弯柱的作用，在型材腹板

4、所在的平面(即机床的水平平面)内按纯弯曲原理进行弯曲，逐段进给逐段弯曲成形。,工作原理：四支点纯弯曲。 优点： 加工质量好：用不同曲率的圆弧段拟合肋骨曲线，光顺性较好；载荷作用在型材上的压痕减少。 加工效率高：型材塑性变形区较大，可增多每次进给长度。 机床性能比较完善：既可成对加工也可单根加工；能矫正旁弯变形；型材进给操作灵活。,三、肋骨冷弯成形中的控制与检测,型材弯曲的要求： 使其腹板边缘曲型与要求的肋骨曲线一致，在加工过程中要反复检查和测量。,在未实现数控的肋骨冷弯的情况下，有以下几种控制成形的方法：,1、用铁样(或样板)人工对样 事先按放样台上的肋骨型线弯制好铁样或制作好样板，在肋骨加工

5、过程中，用它反复地检查(校对)所弯曲肋骨的腹板边缘，看其是否与铁样(或样板)的型线一致。 缺点：制作铁样(样板)费工费料，操作相当繁复。,2、逆直线法,逆直线：一根特殊的直线，如图所示，在弯曲前的平直型材上是一根曲线，当型材弯曲到其腹板边缘与肋骨型线吻合后，该曲线正好变为一根直线。 逆直线法：在肋骨弯曲过程中，通过不断地检测逆直曲线是否变直来控制肋骨的成形。,逆直曲线的求取：手工作图法或计算机计算。对较长且曲度较大的肋骨，需分段设置多根逆直线。 适用情况：腹板较高、曲度较小的肋骨。 优点：省去样板。 缺点：需作逆直线；加工时检测繁复。,3、仿形控制法 国内针对数控肋骨冷弯机尚未普及的现状，为解

6、决肋骨冷弯中人工对样的困难而研究的一种实用的成形控制方法。 所谓仿形控制，就是在肋骨冷弯机上安装一套如图所示仿形装置。弯制肋骨时，使肋骨和铁样同步进给，肋骨逐段弯曲，只要保证每段肋骨边缘和铁样边缘在y方向上的距离为一定值，则该肋骨就弯成了与铁样一样的形状。,旁弯变形及其消除措施,旁弯变形：腹板厚度方向上的弯曲变形。 消除旁弯变形主要措施： 加垫片 在冷弯机上设置反变形机构。 在冷弯机上设置垂向弯曲系统。,型钢冷弯过程中的回弹及处理,原因： 轧制过程中存在残余应力 材质不可能十分均匀 型材在运输和贮存过程中会产生一定的变形，使其产生一定的初挠度 在理论计算中为了使计算简便,工艺余量问题,在进行号

7、料加工时两端均留出合适的加工工艺余量。 余量： 曲度较大时留100150mm，曲度较小时，留60100mm。,型钢构件的热弯成形,1、水火热弯法 2、中频感应加热弯曲肋骨工艺 一般针对低合金结构钢制造的肋骨，需要进行调质处理。 处理原理：利用频率为2500HZ的电流通过感应器产生一个交变磁场，当肋骨以一定的速度（23mm/s）从感应器中穿过时，钢在交变磁场下产生大时热量，把肋骨局部加热到淬火温度。在高温下，钢的塑性加大，由于弯曲机床的下压轮作用，在这个被加热区的狭窄带上发生弯曲，随后进行喷火淬火。,第四节 板材构件的成形加工,船用上辊万能式卷板机,主要的成形加工方法： 机械冷弯法：包括辊弯、压

8、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 （1）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其转动。 （2）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

9、圆柱形板。,普通三辊弯板机, 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； 经常注意钢板上所划的素线与下轴辊上的纵向槽是否平行，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。,2、圆柱形钢板构件的辊弯成形过程,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

10、分或先用液压机压好板边部分。 这种工艺措施既浪费工时又浪费材料。,3、普通三辊弯板机弯板功能的缺点,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。,4、几种新型的辊式弯板机,四辊弯板机,该机结构型式四辊式，上辊为主传动，通过减速机、十字滑块联轴器与上辊相连，为卷制板材提供扭矩；下辊作垂直升降运动，通过减速机蜗杆蜗轮（伞齿轮）付丝母丝杆付而获得，以便夹紧板材，为机械传动；在下辊的两侧设有侧辊并沿着机架导轨作倾斜运动，通过丝母丝杆蜗杆蜗轮（或伞齿轮）付传动；四根工作辊全部采用滚动轴承。该机的优点是该机一次上料能完成板料两端的预变及卷制

11、筒形，弧形工作，还可以对金属板料进行一定的整形和校平工作，有直接预弯，省事、省料之功效，同步精度高，电机功率小，维修方便。,四辊卷板机关键技术及创新点：,全密闭设计，防止灰尘进入；一改国产卷板机到处漏油的现象，整体外观达到国外水平。维护保养方便，效率高，寿命长，环保效果好。 全钢焊接结构，设备刚性强，并采用计算机有限元计算分析法进行优化设计计算； 轴辊两端全部采用可调心球轴承； 轴辊由中碳钢经锻造及调质处理后进行精加工； 采用电气集中控制，操作简单、方便； 采用整合技术，提高产品可靠性。对主要元件，优先选用国产名优厂家；如轴承、电气元件选用国产名优厂家； 控制台采用人性华设计，操作简便方便；

12、集中润滑系统；, 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。,5、用一般通用弯板机弯制锥形板的工艺措施,圆锥形板分区区域及辊弯顺序,分区变形面的重叠,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

13、制，劳动强度大。,（二） 复杂曲度板的冷弯成形,注意事项： （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）回弹的消除 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,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

14、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。,（三）数控弯板简介,采用液压传动。*采用三只油缸。*整机刚性好，*工作台可配加凸装置,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

15、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； 对相同的板在不同位置进行线状加热，成形形状完全不同； 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,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 如图：用水火弯板法弯制帆形板和鞍形板的加热线分布 帆形板

16、：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； 加热线的长度不能跨越加热线所在剖面的中和轴，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，而且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

17、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

18、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,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，当超过三次以上，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。