船舶建造工藝-09邊緣加工

1、第二節(jié) 船體構(gòu)件的邊緣加工船體構(gòu)件的邊緣加工主要是指零件的邊緣切割和焊接坡口加工船體構(gòu)件有直線邊緣和曲線邊緣之分，加工所用的機(jī)械設(shè)備和方法也有不同邊緣加工的方法有 機(jī)械切割法(剪切、沖孔、刨邊和銑邊) 化學(xué)切割法(氧乙炔氣割和氧丙烷氣割) 物理切割法(等離子切割和激光切割).一、機(jī)械剪切法 一機(jī)械剪切原理機(jī)械剪切的本質(zhì) 在超越資料極限強(qiáng)度的剪切力作用下，被加工金屬受擠壓而發(fā)生剪切變形和斷裂的過(guò)程這一過(guò)程大致分為三個(gè)延續(xù)發(fā)生的階段 彈性變形階段 塑性變形階段 斷裂階段.剪切過(guò)程的三個(gè)階段 彈性變形階段 剪切開場(chǎng)時(shí)上剪刃下壓至被加工構(gòu)件 構(gòu)件在剪切力的作用下發(fā)生彈性變形 內(nèi)應(yīng)力低于資料的屈服極限塑

2、性變形階段 上剪刃繼續(xù)下壓，使被加工構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力超越屈服點(diǎn)并繼續(xù)上升 直到相當(dāng)于資料抗剪強(qiáng)度的最大值 構(gòu)件在剪力作用下發(fā)生塑性的剪切變形.塑性變形階段 最大剪切變形從剪刀的刃邊部分開場(chǎng)，變形沿滑移面發(fā)生 由于上下剪刃間具有一定的間隙，剪切變形的同時(shí)還存在著彎曲和拉伸變形 剪刀擠入被剪金屬的深度視資料的硬度和塑性而定 普通為被剪金屬厚度的2050斷裂階段 隨塑性變形添加，沿著滑移面的方向逐漸構(gòu)成裂痕并迅速擴(kuò)展，直到完全脫離剪斷.剪切后的斷面剪切邊緣有兩個(gè)明顯區(qū)域 窄面亮的條帶區(qū)(相當(dāng)于塑性變形階段) 較寬面無(wú)光的斷裂條帶區(qū)在條帶區(qū)附近纖維受擠部分是機(jī)座剪切所呵斥的硬化區(qū). (二)機(jī)械剪切加工工藝

3、 船體構(gòu)件的邊緣有直線和曲線之分，加工所用的機(jī)械設(shè)備和方法也有不同 直邊構(gòu)件：加工車床主要有斜刃龍門剪床和壓力剪切機(jī)(或結(jié)合沖剪機(jī))兩種 斜刃龍門剪床是剪切長(zhǎng)直邊工件的公用設(shè)備，對(duì)中、薄板較為適宜 壓力剪切機(jī)用于短直線的剪切，加工長(zhǎng)直線或緩曲線時(shí)，質(zhì)量較差且操作復(fù)雜曲線邊緣：加工車床主要是圓盤剪切機(jī)，運(yùn)用較少.1. 斜刃龍門剪床圖示為斜刃龍門剪床任務(wù)部分剪切板材時(shí)，上剪刀不斷做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，剪切范圍為圖中平行四邊形ABCD.上下剪刀之間的夾角剪床的功率與四邊形面積ABCD成正比增大剪床上下剪刀間的夾角可使四邊形面積減小，從而降低剪切所需的功率 過(guò)大時(shí)，斜剪刃所產(chǎn)生的程度分力會(huì)使板材挪動(dòng)，給剪切

4、操作帶來(lái)不便上下剪刃夾角在1.5 5范圍取值.斜口刀刃的剪角 值根據(jù)所剪資料的硬度確定在保證刀刃強(qiáng)度的情況下 剪切硬或中等硬度資料時(shí)，為7585 軟質(zhì)金屬其值約為65 70為便于刀刃的調(diào)用，也有將其做成90.剪刀平面之間的間隙S為減少刀刃與剪截板邊的摩擦，有利于板材分別，上下刃口間應(yīng)留有一定間隙S值根據(jù)所剪板材的資料和厚度決議最大不超越板材厚度的7.剪刀刀口間隙調(diào)整曲線.斜刃龍門剪床剪板刀片斜刃龍門剪床的剪板刀片較長(zhǎng)，為1.58.3m剪刀的后角為2 3剪床的下剪刀固定，上剪刀經(jīng)由離合器與剪床的運(yùn)動(dòng)部分相連.斜刃龍門剪床任務(wù)過(guò)程(1)剪切操作時(shí)合上離合器，上剪刀做一次下剪動(dòng)作完成一次剪切后，上剪

5、刀回到原來(lái)位置，離合器自行脫開，任務(wù)部分停頓運(yùn)動(dòng)保證平安操作有充分的時(shí)間進(jìn)展下一次剪切的預(yù)備任務(wù)，有利于提高剪切質(zhì)量剪刀每分鐘行程次數(shù)為545次剪切板厚可達(dá)2050mm.斜刃龍門剪床任務(wù)過(guò)程(2)斜刃龍門剪床上設(shè)有壓料架上剪刀下剪前，剪床的壓緊安裝將板料自動(dòng)壓緊防止鋼板在剪切時(shí)產(chǎn)生挪動(dòng)和翻轉(zhuǎn)防止剪下的條料出現(xiàn)向下彎曲折卷的景象 .剪斷力P的近似估算 系數(shù) K1=0.510-6 K2=1.210-6 或 1.810-6 (薄板)U為單位剪切功；低碳鋼：U=9.810-7J/m3t為板厚(mm) 為抗剪強(qiáng)度(0.80.86) (Pa)思索彎曲作用，板厚不均勻性及刀口變鈍等情況，將P的估算值添加20

6、30%作為實(shí)踐剪斷力.斜刃龍門剪床機(jī)械龍門剪床的傳動(dòng)方式有機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩種液壓傳動(dòng)方式的龍門剪床具有的優(yōu)點(diǎn) 構(gòu)造簡(jiǎn)單、體積小和分量輕 振動(dòng)小、作用力恒定且可以防止過(guò)載任務(wù)臺(tái)可以回轉(zhuǎn)的龍門剪床，在剪裁構(gòu)件邊緣的同時(shí)可以直接加工出焊接破口中小型船廠所用鋼板不厚，龍門剪床是直線構(gòu)件邊緣加工的高效而經(jīng)濟(jì)的加工設(shè)備.2. 壓力剪切機(jī) 常用的壓力剪切機(jī)為剪切和沖孔兩用的結(jié)合機(jī)床，可剪切板材和型材也可進(jìn)展沖孔作業(yè)剪切機(jī)的刀片較短，在300600mm的范圍內(nèi)刀片實(shí)踐有效的任務(wù)長(zhǎng)度為250300mm，適宜于剪切短直線剪切較長(zhǎng)直線及曲度較小的外彎曲線，剪切的質(zhì)量不理想壓力剪切機(jī)上下刀刃的夾角取為9 12上下

7、剪刀平面之間的間隙S在所剪板材厚度的27的范圍內(nèi)調(diào)整.壓力剪床的種類根據(jù)剪刀安裝的方向，壓力剪切機(jī)分縱向和橫向兩種橫向式壓力剪切機(jī)如下圖喉深為6001000mm板材剪切的寬度遭到喉深的限制縱向式壓力剪切機(jī)無(wú)喉深的限制可沖剪金屬板材和剪切角鋼等型材.縱向式壓力剪切機(jī)表示圖.3. 圓盤剪切機(jī)厚度較小，具有恣意曲線邊緣的船體構(gòu)件，可用圓盤剪切機(jī)進(jìn)展剪切圓盤剪切機(jī)的任務(wù)部分如下圖剪刀由兩個(gè)錐形圓盤組成軸線平行安裝(圖a)軸線傾斜安裝(圖b).圓盤剪切機(jī)的運(yùn)用上刀盤為自動(dòng)盤，下刀盤為從動(dòng)盤剪刀刃口的重疊值h為板厚的1/51/3兩個(gè)剪刃重疊的弧線很短，所以可用轉(zhuǎn)動(dòng)被加工構(gòu)件的方式剪裁曲線輪廓這在斜裝的剪床

8、上尤為方便這種剪床操作復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大，在船體構(gòu)件的邊緣加工中運(yùn)用較少主要用于薄板和有色金屬構(gòu)件的曲線邊緣切割.4. 剪切加工的主要工藝要求 根據(jù)構(gòu)件尺度和邊緣特征選擇適宜的剪切機(jī)床,核對(duì)機(jī)床的任務(wù)才干能否滿足所剪資料的要求根據(jù)構(gòu)件厚度調(diào)整上下刀片的間隙，使其在整個(gè)刀片長(zhǎng)度內(nèi)堅(jiān)持一致一張鋼板上陳列多個(gè)構(gòu)件時(shí)，根據(jù)陳列情況預(yù)先確定剪切順序，以便順利地進(jìn)展操作剪切時(shí)，應(yīng)使構(gòu)件的剪切線與上下刀口邊緣嚴(yán)厲對(duì)準(zhǔn)，保證剪切邊緣不發(fā)生偏向加工后，構(gòu)件的剪斷位置與劃線位置的偏移應(yīng)不超越1.0mm，斷面不垂直度應(yīng)不超越5.二、氣割方法(化學(xué)切割法)在船體構(gòu)件加工中，氣割方法 進(jìn)展直線邊緣和曲線邊緣的加工 切割各

9、種外形和不同厚度的工件 切出各種不同型式的焊接坡口在船體裝配中，氣割方法廣泛運(yùn)用于切割余量和修正邊緣.(一) 氣割原理氣割也稱火焰切割，通常是指氧乙炔焰切割或氧丙烷焰切割本質(zhì)是金屬在氧氣中熄滅的過(guò)程氣割分為金屬預(yù)熱、金屬熄滅和去渣三個(gè)階段 預(yù)熱焰加熱金屬，使割縫起點(diǎn)溫度上升 到達(dá)被切割資料的燃點(diǎn)時(shí)，放出高速的切割純氧氣流 金屬在氧氣中急速氧化(熄滅).借助高速氧氣流的動(dòng)能將熄滅生成的熔渣(即金屬氧化物)迅速吹除掉延續(xù)不斷地進(jìn)展上述過(guò)程，從而在被割金屬上構(gòu)成一條割縫將金屬分開，到達(dá)切割的目的氣割的過(guò)程.鐵在純氧中熄滅的化學(xué)反響式2Fe+ O22FeO + 5.380105 J/mol4Fe+3O

10、22Fe2O3+ 1.660106 J/mol3Fe+2O2 Fe3O4+ 1.117106 J/mol從氣割過(guò)程的特點(diǎn)可知，只需滿足一定條件的金屬才干被氣割.(1)被割金屬的燃點(diǎn)必需低于其熔點(diǎn)氣割能正常進(jìn)展的根本條件，由于氣割的本質(zhì)是金屬在氧氣中的熄滅假設(shè)被割金屬的燃點(diǎn)高于其熔點(diǎn)，那么 金屬尚未到達(dá)燃點(diǎn)就已熔化，切割過(guò)程不是熄滅過(guò)程而只是熔化過(guò)程 氣割方法所提供的熱能大大低于物理切割法，因此難以得到光滑平整的割縫低碳鋼和低合金鋼都屬于燃點(diǎn)低于熔點(diǎn)的金屬，都具有良好的氣割性能 .含碳量對(duì)黑色金屬燃點(diǎn)和熔點(diǎn)的影響由鐵碳合金相圖可知，黑色金屬的含碳量對(duì)其燃點(diǎn)和熔點(diǎn)的影響很大鐵碳合金隨含碳量的添加，

11、熔點(diǎn)降低、燃點(diǎn)升高含碳量到達(dá)0.7%時(shí)，鐵碳合金的熔點(diǎn)與燃點(diǎn)一樣普通含碳量小于0.7%的黑色金屬都能滿足氣割過(guò)程是熄滅過(guò)程的要求.(2)氧化物熔點(diǎn)應(yīng)低于金屬的熔點(diǎn) 并且具有良好的流動(dòng)性氣割構(gòu)成的氧化物熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好,便容易被高速氧氣流吹除假設(shè)氧化物熔點(diǎn)高于金屬的熔點(diǎn)，那么氧化物不能夠以液體形狀從切割處排除氧化物薄膜附著在割縫金屬外表產(chǎn)生粘渣景象，從而妨礙切割過(guò)程的進(jìn)展銅、鋁等金屬不符合這個(gè)條件，普通不能用氣割的方法進(jìn)展切割 .(3)金屬在氧氣中熄滅是放熱反響 且能放出較多的熱量在氣割過(guò)程中，預(yù)熱焰的熱量約占總熱量30%，金屬熄滅產(chǎn)生的熱量約占70%排除氧化物帶走一部分熱量，大部分熱量用來(lái)預(yù)熱

12、金屬并堅(jiān)持切口的溫度氣割過(guò)程中上層金屬熄滅放熱對(duì)下層預(yù)熱的作用非常重要金屬熄滅放出的熱量是預(yù)熱被割金屬的主要熱源.金屬熄滅應(yīng)是放熱反響金屬的熄滅是吸熱反響，能夠呵斥割縫中未熄滅金屬預(yù)熱缺乏預(yù)熱達(dá)不到金屬的燃點(diǎn)，氣割過(guò)程就會(huì)中斷此時(shí)要使氣割過(guò)程延續(xù)進(jìn)展，需求耗費(fèi)更多的熱能預(yù)熱金屬，用以維持金屬的燃點(diǎn)溫度.(4) 金屬的導(dǎo)熱率不應(yīng)過(guò)高氣割過(guò)程中這一點(diǎn)必需滿足金屬導(dǎo)熱率過(guò)高，金屬切割處的熱量將因金屬本身的傳導(dǎo)而迅速散失切割處溫度很快低于燃點(diǎn)，使切割過(guò)程不能開場(chǎng)或者中斷即使切割過(guò)程可以進(jìn)展，也會(huì)導(dǎo)致割縫過(guò)大.(5)金屬中不應(yīng)含有使氣割過(guò)程 惡化的雜質(zhì) 氣割方法屬于化學(xué)方法，金屬中的有害雜質(zhì)會(huì)給氣割帶來(lái)

13、不利影響使氧化物熔點(diǎn)升高；妨礙金屬熄滅；使割縫處金屬性能變壞、引起裂紋等等含C0.7%的鋼，必需預(yù)熱到400 700時(shí)才干進(jìn)展氣割，否那么會(huì)在割縫外表產(chǎn)生淬化組織，甚至出現(xiàn)裂紋鋼中含硫量超越1%1.2%時(shí)，就不能進(jìn)展氣割.(二) 氣割工藝過(guò)程1. 氣割過(guò)程常用的燃?xì)鈿飧钪谐Ｓ玫娜細(xì)庵饕且胰?C2H2)和液化石油氣(以丙烷C3H8為主，含有一定的丁烷C4H10和烯烴等成分)燃?xì)庋嬖诨鸸ばＵ退饛澃骞に囍?，也常被用做加工熱源乙炔的特點(diǎn)是火焰集中、溫度高、預(yù)熱時(shí)間短，起割快，具有一定的切割速度乙炔爆炸極限較寬.液化石油氣做為燃?xì)庠诔叵碌囊夯瘔毫^低，便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸和管理在氣割過(guò)程中沒(méi)有污水和廢

14、渣產(chǎn)生，回火和爆炸的能夠性很小，運(yùn)用平安切割出的割縫切口光潔、棱角整齊，而且很少粘渣，在中、厚板中更為突出液化石油氣的比艱苦于空氣，在低洼處容易堆積發(fā)生危險(xiǎn)丙烷氣的火焰大、分布寬，對(duì)鋼板的預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng)，耗氧量大.2. 氣割常用工藝配備常用的氣割配備有 手工氣割炬 半自動(dòng)氣割機(jī) 門式自動(dòng)氣割機(jī) 數(shù)控自動(dòng)氣割機(jī).用于手工操作可燃?xì)怏w及氧氣流進(jìn)展火焰切割按構(gòu)造與任務(wù)原理，割炬可分為射吸式和中壓式兩種型式氣割過(guò)程中，操作者手工控制割嘴的運(yùn)動(dòng)軌跡割嘴沿事先在鋼板上畫出的切割線挪動(dòng)切割的精度主要取決于操作的平穩(wěn)程度(1) 手工氣割炬.預(yù)熱氧氣經(jīng)放射管由細(xì)小放射孔射出在射孔周圍呵斥一個(gè)負(fù)壓區(qū)，將聚積在該區(qū)的低

15、壓乙炔吸出氧和乙炔在混合室以一定比例混合，從割嘴噴出以維持預(yù)熱火焰的熄滅切割氧氣用來(lái)加速金屬的熄滅射割炬.由三部分組成 切割部分(包括割嘴、氣體管路及調(diào)理安裝等)動(dòng)力部分(行走電動(dòng)機(jī)和減速安裝等)(2) 半自動(dòng)氣割機(jī)輔助設(shè)備(直線軌道和割圓圓規(guī)等)氣割機(jī)由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，沿直線軌道做勻速運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件直線邊緣的切割.半自動(dòng)氣割機(jī)性能割嘴可以傾斜一定角度切割V型或X型焊接坡口小車行走速度就是切割速度，可以在50 750mm/min的范圍進(jìn)展無(wú)極調(diào)速切割鋼板的厚度為560mm切割圓弧的直徑為2002000mm割縫光潔，切割精度高與自動(dòng)切割機(jī)比，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、挪動(dòng)方便、操作容易以及順應(yīng)性強(qiáng)、投資少、易于

16、擴(kuò)展施工面等優(yōu)點(diǎn).數(shù)控自動(dòng)氣割機(jī)由數(shù)字控制安裝和氣割執(zhí)行安裝組成通常與計(jì)算機(jī)輔助建造系統(tǒng)配套運(yùn)用切割前，需將被切割構(gòu)件的圖形用圖形處置言語(yǔ)編成構(gòu)件程序經(jīng)計(jì)算機(jī)處置、計(jì)算和對(duì)數(shù)控指令編碼，得到數(shù)控切割程序錄入程序載(如紙帶、磁盤等)切割時(shí)，將數(shù)控切割程序輸入到數(shù)字控制安裝中，數(shù)控安裝控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)展切割(4)數(shù)控自動(dòng)氣割機(jī).數(shù)控自動(dòng)氣割機(jī)執(zhí)行部分的機(jī)架上安裝有一套或數(shù)套切割安裝機(jī)架為懸臂式構(gòu)造、門式構(gòu)造或橋式構(gòu)造數(shù)控氣割機(jī)的割炬在控制安裝的控制下，具有平面挪動(dòng)、自動(dòng)升降和旋轉(zhuǎn)等功能能切割不同厚度和任不測(cè)形的構(gòu)件切割安裝為多割嘴割炬時(shí)，可同時(shí)加工出焊接坡口假設(shè)配置有劃線安裝，還能在鋼板上劃安裝線、加工線和各種符號(hào)數(shù)控自動(dòng)氣割機(jī)的構(gòu)造.數(shù)控切割根據(jù) CAM提供的資料直接進(jìn)展切割，可實(shí)現(xiàn)放樣、切割過(guò)程自動(dòng)化切割精度高