船舶建造工藝課件邊緣加工

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)2023/1/10一、機(jī)械剪切法

（一）機(jī)械剪切原理機(jī)械剪切的實(shí)質(zhì)在超過材料極限強(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程這一過程大致分為三個(gè)連續(xù)發(fā)生的階段

彈性變形階段塑性變形階段斷裂階段2023/1/10剪切過程的三個(gè)階段

彈性變形階段剪切開始時(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)力低于材料的屈服極限塑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)力超過屈服點(diǎn)并繼續(xù)上升直到相當(dāng)于材料抗剪強(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2023/1/10塑性變形階段

最大剪切變形從剪刀的刃邊部分開始，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材料的硬度和塑性而定一般為被剪金屬厚度的20％~50％斷裂階段

隨塑性變形增加，沿著滑移面的方向逐漸形成裂縫并迅速擴(kuò)大，直到完全脫離→剪斷2023/1/10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)座剪切所造成的硬化區(qū)2023/1/10(二)機(jī)械剪切加工工藝

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)(或聯(lián)合沖剪機(jī))兩種斜刃龍門剪床是剪切長直邊工件的專用設(shè)備，對中、薄板較為適宜壓力剪切機(jī)用于短直線的剪切，加工長直線或緩曲線時(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)，應(yīng)用較少2023/1/101.斜刃龍門剪床圖示為斜刃龍門剪床工作部分剪切板材時(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ABCD2023/1/10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

過大時(shí)，斜剪刃所產(chǎn)生的水平分力會使板材移動(dòng)，給剪切操作帶來不便上下剪刃夾角在1.5°~5°范圍取值2023/1/10斜口刀刃的剪角

值根據(jù)所剪材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材料時(shí)，為75°~85°

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°2023/1/10剪刀平面之間的間隙S為減少刀刃與剪截板邊的摩擦，有利于板材分離，上下刃口間應(yīng)留有一定間隙S值根據(jù)所剪板材的材料和厚度決定最大不超過板材厚度的7％2023/1/10剪刀刀刀口間間隙調(diào)調(diào)整曲曲線2022/12/29斜刃龍龍門剪剪床剪板刀刀片斜刃龍龍門剪剪床的的剪板板刀片片較長長，為為1.5~8.3m剪刀的的后角角γ為2°~3°剪床的的下剪剪刀固固定，，上剪剪刀經(jīng)經(jīng)由離離合器器與剪剪床的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)部分分相連連2022/12/29斜刃龍龍門剪剪床工工作過過程(1)剪切操操作時(shí)時(shí)合上離離合器器，上剪剪刀做做一次次下剪剪動(dòng)作作完成一一次剪剪切后后，上上剪刀刀回到到原來位位置，離合合器自自行脫脫開，，工作部部分停停止運(yùn)運(yùn)動(dòng)保證安安全操操作有充分分的時(shí)時(shí)間進(jìn)進(jìn)行下下一次次剪切切的準(zhǔn)準(zhǔn)備工工作，，有利利于提提高剪剪切質(zhì)質(zhì)量剪刀每每分鐘鐘行程程次數(shù)數(shù)為5~45次次剪切板板厚可可達(dá)20~50mm2022/12/29斜刃龍龍門剪剪床工工作過過程(2)斜刃龍龍門剪剪床上上設(shè)有有壓料料架上剪刀刀下剪剪前，，剪床床的壓壓緊裝裝置將將板料料自動(dòng)動(dòng)壓緊緊避免鋼鋼板在在剪切切時(shí)產(chǎn)產(chǎn)生移移動(dòng)和和翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)避免剪剪下的的條料料出現(xiàn)現(xiàn)向下下彎曲曲折卷卷的現(xiàn)現(xiàn)象2022/12/29剪斷力P的近似估算算系數(shù)K1=0.5××10-6K2=1.2××10-6或1.8×10-6(薄板)U為單位剪切切功；低碳碳鋼：U=9.8×10-7J/m3t為板厚(mm)為抗剪強(qiáng)度度(0.8~0.86)(Pa)考慮彎曲作作用，板厚厚不均勻性性及刀口變變鈍等情況況，將P的估算值增加20~30%作為為實(shí)際剪斷斷力2022/12/29斜刃刃龍龍門門剪剪床床機(jī)機(jī)械械龍門門剪剪床床的的傳傳動(dòng)動(dòng)方方式式有有機(jī)械械傳傳動(dòng)動(dòng)和和液液壓壓傳傳動(dòng)動(dòng)兩種種液壓壓傳傳動(dòng)動(dòng)方方式式的的龍龍門門剪剪床床具具有有的的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)結(jié)構(gòu)構(gòu)簡簡單單、、體體積積小小和和重重量量輕輕振動(dòng)動(dòng)小小、、作作用用力力恒恒定定且且可可以以防防止止過過載載工作臺可以回回轉(zhuǎn)的龍門剪剪床，在剪裁裁構(gòu)件邊緣的的同時(shí)可以直直接加工出焊焊接破口中小型船廠所所用鋼板不厚厚，龍門剪床床是直線構(gòu)件件邊緣加工的的高效而經(jīng)濟(jì)濟(jì)的加工設(shè)備備2022/12/292.壓力剪剪切機(jī)常用的壓力剪剪切機(jī)為剪切切和沖孔兩用用的聯(lián)合機(jī)床床，可剪切板板材和型材也也可進(jìn)行沖孔孔作業(yè)剪切機(jī)的刀片片較短，在300~600mm的范圍內(nèi)刀片實(shí)際有效效的工作長度為250~300mm，適宜于剪切短短直線剪切較長直線線及曲度較小小的外彎曲線線，剪切的質(zhì)質(zhì)量不理想壓力剪切機(jī)上上下刀刃的夾夾角取為9°~12°上下剪刀平面面之間的間隙隙S在所剪板材厚厚度的2％~7％的范圍內(nèi)調(diào)整整2022/12/29壓力剪床的的種類類根據(jù)剪剪刀裝裝置的的方向向，壓壓力剪剪切機(jī)機(jī)分縱向和和橫向向兩種橫向喉深為為600~1000mm板材剪剪切的的寬度度受到到喉深深的限限制縱向式式壓力力剪切切機(jī)無無喉深深的限限制可沖剪剪金屬屬板材材和剪剪切角角鋼等等型材材2022/12/29縱向式式壓力力剪切切機(jī)示示意圖圖2022/12/293.圓圓盤盤剪切切機(jī)厚度較較小，，具有有任意意曲線線邊緣緣的船船體構(gòu)構(gòu)件，，可用用圓盤盤剪切切機(jī)進(jìn)進(jìn)行剪剪切圓盤剪剪切機(jī)機(jī)的工工作部部分如如圖所所示剪刀由由兩個(gè)個(gè)錐形形圓盤盤組成成軸線平平行安安裝(圖a))軸線傾傾斜安安裝(圖b))2022/12/29圓盤剪切機(jī)機(jī)的應(yīng)用上刀盤為主動(dòng)盤，下刀盤為為從動(dòng)盤剪刀刃口的的重疊值h為板厚的1/5~1/3兩個(gè)剪刃重重疊的弧線線很短，所所以可用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)被加工工構(gòu)件的方方式剪裁曲曲線輪廓這在斜裝的的剪床上尤尤為方便這種剪床操操作復(fù)雜、、勞動(dòng)強(qiáng)度度大，在船體構(gòu)件的邊緣加工工中應(yīng)用較較少主要用于薄板和有色色金屬構(gòu)件件的曲線邊緣緣切割2022/12/294.剪切加工的的主要工藝藝要求根據(jù)構(gòu)件尺尺度和邊緣緣特征選擇擇合適的剪剪切機(jī)床,核對機(jī)床床的工作能能力是否滿滿足所剪材材料的要求求根據(jù)構(gòu)件厚厚度調(diào)整上上下刀片的的間隙，使使其在整個(gè)個(gè)刀片長度度內(nèi)保持一一致一張鋼板上上排列多個(gè)個(gè)構(gòu)件時(shí)，，根據(jù)排列列情況預(yù)先先確定剪切切順序，以以便順利地地進(jìn)行操作作剪切時(shí)，應(yīng)應(yīng)使構(gòu)件的的剪切線與與上下刀口口邊緣嚴(yán)格格對準(zhǔn)，保保證剪切邊邊緣不發(fā)生生偏差加工后，構(gòu)構(gòu)件的剪斷斷位置與劃劃線位置的的偏移應(yīng)不超過1.0mm，斷面不垂直直度應(yīng)不超過5°°2022/12/29二、氣割方方法(化學(xué)學(xué)切割法)在船體構(gòu)件件加工中，氣割方法法進(jìn)行直線邊邊緣和曲線線邊緣的加加工切割各種形形狀和不同同厚度的工工件切出各種不不同型式的的焊接坡口口在船體裝配配中，氣割方法法廣泛應(yīng)用用于切割余量和和修正邊緣緣2022/12/29(一)氣氣割原理氣割也稱火火焰切割，，通常是指指氧—乙炔焰切割或氧—丙烷焰切割實(shí)質(zhì)是金屬屬在氧氣中中燃燒的過過程氣割分為金屬預(yù)熱、、金屬燃燒燒和去渣三個(gè)階段預(yù)熱焰加熱熱金屬，使使割縫起點(diǎn)點(diǎn)溫度上升升達(dá)到被切割割材料的燃燃點(diǎn)時(shí)，放放出高速的的切割純氧氧氣流金屬在氧氣氣中急速氧氧化(燃燒燒)2022/12/29借助高速速氧氣流流的動(dòng)能能將燃燒燒生成的的熔渣(即金屬屬氧化物物)迅速速吹除掉掉連續(xù)不斷斷地進(jìn)行行上述過過程，從從而在被割金屬屬上形成成一條割割縫將金屬分分開，達(dá)到切割割的目的的氣割的過過程2022/12/29鐵在純氧氧中燃燒燒的化學(xué)學(xué)反應(yīng)式式2Fe+O2→2FeO+5.380×105J/mol4Fe+3O2→2Fe2O3+1.660×106J/mol3Fe+2O2→Fe3O4+1.117×106J/mol從氣割過過程的特特點(diǎn)可知知，只有有滿足一定定條件的金屬才才能被氣氣割2022/12/29(1)被割金屬屬的燃點(diǎn)點(diǎn)必須低低于其熔熔點(diǎn)氣割能正正常進(jìn)行行的基本本條件，因?yàn)闅鈿飧畹膶?shí)質(zhì)是金金屬在氧氧氣中的的燃燒如果被割割金屬的的燃點(diǎn)高高于其熔熔點(diǎn)，那那么金屬尚未未達(dá)到燃燃點(diǎn)就已已熔化，，切割過過程不是燃燒燒過程而而只是熔熔化過程程氣割方法所提提供的熱能大大大低于物理理切割法，因因此難以得到到光滑平整的的割縫低碳鋼和低合合金鋼都屬于于燃點(diǎn)低于熔熔點(diǎn)的金屬，，都具有良好好的氣割性能能2022/12/29含碳量對黑色色金屬燃點(diǎn)和和熔點(diǎn)的影響響由鐵碳合金相相圖可知，黑黑色金屬的含含碳量對其燃燃點(diǎn)和熔點(diǎn)的的影響很大鐵碳合金隨含含碳量的增加加，熔點(diǎn)降低低、燃點(diǎn)升高高含碳量達(dá)到0.7%時(shí)，鐵碳合金的的熔點(diǎn)與燃點(diǎn)點(diǎn)相同一般含碳量小于0.7%的黑黑色金屬都能滿足氣割割過程是燃燒燒過程的要求求2022/12/29(2)氧化物物熔點(diǎn)應(yīng)低于于金屬的熔點(diǎn)點(diǎn)并并且具有有良好的流動(dòng)動(dòng)性氣割形成的氧氧化物熔點(diǎn)低低、流動(dòng)性好好,便容易被高速氧氧氣流吹除若氧化物熔點(diǎn)點(diǎn)高于金屬的的熔點(diǎn)，則氧化物不可能能以液體狀態(tài)態(tài)從切割處排排除氧化物薄膜附附著在割縫金金屬表面產(chǎn)生生粘渣現(xiàn)象，，從而妨礙切割過程程的進(jìn)行銅、鋁等金屬屬不符合這個(gè)條條件，一般不不能用氣割的的方法進(jìn)行切切割2022/12/29(3)金屬屬在氧氣中中燃燒是放放熱反應(yīng)且且能放放出較多的的熱量在氣割過程程中，預(yù)熱熱焰的熱量量約占總熱熱量30%，金屬燃燒產(chǎn)產(chǎn)生的熱量量約占70%排除氧化物物帶走一部部分熱量，，大部分熱熱量用來預(yù)預(yù)熱金屬并并保持切口口的溫度氣割過程中中上層金屬屬燃燒放熱熱對下層預(yù)預(yù)熱的作用用十分重要要金屬燃燒放放出的熱量量是預(yù)熱被被割金屬的的主要熱源源2022/12/29金屬屬燃燃燒燒應(yīng)應(yīng)是是放放熱熱反反應(yīng)應(yīng)金屬屬的的燃燃燒燒是是吸熱熱反反應(yīng)應(yīng)，可可能能造造成成割割縫縫中中未未燃燃燒燒金金屬屬預(yù)預(yù)熱熱不不足足預(yù)熱熱達(dá)達(dá)不不到到金金屬屬的的燃燃點(diǎn)點(diǎn)，，氣氣割割過過程程就就會會中中斷此時(shí)要使氣割過程連續(xù)進(jìn)行，需要消耗更多的熱能預(yù)熱金屬，用以維持金屬的燃點(diǎn)溫度2022/12/29(4)金金屬屬的的導(dǎo)導(dǎo)熱熱率率不不應(yīng)應(yīng)過過高高氣割割過過程程中中這這一一點(diǎn)點(diǎn)必必須須滿滿足足金屬屬導(dǎo)導(dǎo)熱熱率率過過高高，，金金屬屬切切割割處處的的熱熱量量將將因因金金屬屬本本身身的的傳傳導(dǎo)導(dǎo)而而迅迅速速散散失失切割割處處溫溫度度很很快快低低于于燃燃點(diǎn)點(diǎn)，，使使切切割割過過程程不不能能開開始始或或者者中中斷斷即使切切割過過程能能夠進(jìn)進(jìn)行，，也會會導(dǎo)致致割縫縫過大大2022/12/29(5)金屬屬中不不應(yīng)含含有使使氣割割過程程惡惡化化的雜雜質(zhì)氣割方方法屬屬于化化學(xué)方方法，，金屬屬中的的有害害雜質(zhì)質(zhì)會給給氣割割帶來來不利利影響響使氧化化物熔熔點(diǎn)升升高；；妨礙礙金屬屬燃燒燒；使使割縫縫處金金屬性性能變變壞、、引起起裂紋紋等等等含C＞0.7%的鋼，，必須須預(yù)熱熱到400℃~700℃時(shí)時(shí)才能能進(jìn)行行氣割割，否否則會會在割割縫表表面產(chǎn)產(chǎn)生淬淬化組組織，，甚至至出現(xiàn)現(xiàn)裂紋紋鋼中含含硫量量超過過1%~1.2%時(shí)時(shí)，就就不能能進(jìn)行行氣割割2022/12/29(二)氣氣割工工藝過程程1.氣氣割過過程常用用的燃?xì)鈿鈿飧钪谐３Ｓ玫娜既細(xì)庵饕且胰踩?C2H2)和液化石石油氣(以丙烷烷C3H8為主，含含有一定定的丁烷烷C4H10和烯烴等等成分)燃?xì)庋嬖谠诨鸸ばＰＵ退饛澃灏骞に囍兄?，也常常被用做做加工熱熱源乙炔的特特點(diǎn)是火火焰集中中、溫度度高、預(yù)預(yù)熱時(shí)間間短，起起割快，，具有一一定的切切割速度度乙炔爆炸炸極限較較寬2022/12/29液化石油油氣做為為燃?xì)庠诔叵孪碌囊夯瘔毫^較低，便便于貯存存、運(yùn)輸輸和管理理在氣割過過程中沒沒有污水水和廢渣渣產(chǎn)生，，回火和和爆炸的的可能性性很小，，使用安安全切割出的的割縫切切口光潔潔、棱角角整齊，，而且很很少粘渣渣，在中中、厚板板中更為為突出液化石油油氣的比比重大于于空氣，，在低洼洼處容易易堆積發(fā)發(fā)生危險(xiǎn)險(xiǎn)丙烷氣的的火焰大大、分布布寬，對對鋼板的的預(yù)熱時(shí)時(shí)間長，，耗氧量量大2022/12/292.

氣割割常用工藝裝裝備常用的氣割裝裝備有手工氣割炬半自動(dòng)氣割機(jī)機(jī)門式自動(dòng)氣割割機(jī)數(shù)控自動(dòng)氣割割機(jī)2022/12/29用于手工操作作可燃?xì)怏w及及氧氣流進(jìn)行行火焰切割按構(gòu)造與工作作原理，割炬炬可分為射吸式和中壓壓式兩種型式氣割過程中，，操作者手工工控制割嘴的的運(yùn)動(dòng)軌跡割嘴沿事先在在鋼板上畫出出的切割線移移動(dòng)切割的精度主主要取決于操操作的平穩(wěn)程程度(1)手工工氣割炬2022/12/29預(yù)熱氧氣經(jīng)噴射管由細(xì)小噴射孔射出在射孔周圍造造成一個(gè)負(fù)壓區(qū)，將聚積在該區(qū)區(qū)的低壓乙炔炔吸出氧和乙炔在混合室以一定比例混混合，從割嘴噴出以以維持預(yù)熱火火焰的燃燒切割氧氣用來加速金屬屬的燃燒射割炬2022/12/29由三部分組組成切割部分(包括割嘴嘴、氣體管管路及調(diào)節(jié)節(jié)裝置等)動(dòng)力部分(行走電動(dòng)動(dòng)機(jī)和減速速裝置等)(2)半半自動(dòng)氣氣割機(jī)輔助設(shè)備(直線軌道道和割圓圓圓規(guī)等)氣割機(jī)由電電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)，沿直線線軌道做勻勻速運(yùn)動(dòng)而而實(shí)現(xiàn)構(gòu)件件直線邊緣緣的切割2022/12/29半自動(dòng)氣割割機(jī)性能割嘴可以傾傾斜一定角角度切割V型或X型焊接坡口口小車行走速速度就是切切割速度，，可以在50~750mm/min的范范圍圍進(jìn)進(jìn)行行無無極極調(diào)調(diào)速速切割割鋼鋼板板的的厚厚度度為為5~60mm切割割圓圓弧弧的的直直徑徑為為200~2000mm割縫縫光光潔潔，，切切割割精精度度高高與自自動(dòng)動(dòng)切切割割機(jī)機(jī)比比，具具有有設(shè)設(shè)備備簡簡單單、、移移動(dòng)動(dòng)方方便便、、操操作作容容易易以以及及適適應(yīng)應(yīng)性性強(qiáng)強(qiáng)、、投投資資少少、、易易于于擴(kuò)擴(kuò)大大施施工工面面等等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)2022/12/29數(shù)控控自自動(dòng)動(dòng)氣氣割割機(jī)機(jī)由由數(shù)字字控控制制裝裝置置和和氣氣割割執(zhí)執(zhí)行行裝裝置置組成成通常常與與計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)輔輔助助建建造造系系統(tǒng)統(tǒng)配配套套使使用用切割割前前，需需將將被被切切割割構(gòu)構(gòu)件件的的圖圖形形用用圖圖形形處處理理語語言言編編成成構(gòu)構(gòu)件件程程序序經(jīng)計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)處處理理、、計(jì)計(jì)算算和和對對數(shù)數(shù)控控指指令令編編碼碼，，得得到到數(shù)數(shù)控控切切割割程程序序錄入入程程序序載載(如如紙紙帶帶、、磁磁盤盤等等)切割割時(shí)時(shí)，將將數(shù)數(shù)控控切切割割程程序序輸輸入入到到數(shù)數(shù)字字控控制制裝裝置置中中，，數(shù)數(shù)控控裝裝置置控控制制執(zhí)執(zhí)行行機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行行切切割割(4)數(shù)數(shù)控控