第講第章零件的加工工藝①鋼材準(zhǔn)備

第3章零件的加工工藝

本章以壓力容器類焊接結(jié)構(gòu)零件的加工制作為主線，按照其加工工序的先后，詳細(xì)介紹其加工工藝內(nèi)容、加工設(shè)備和注意事項；在講授過程中，輔以其他類型焊接結(jié)構(gòu)零件的制作工藝和要求。3.1鋼材準(zhǔn)備－①

3.1.1鋼材加工概述3.1.2鋼材的表面預(yù)處理3.1.3鋼材的矯正3.1鋼材準(zhǔn)備－①本講內(nèi)容提要：

1.零件加工的目的、要求、特征、類型和方法；2.冷、熱加工的優(yōu)缺點，加工硬化的概念及預(yù)防和消除加工硬化的措施；

3.常用金屬材料熱加工溫度范圍；4.鋼材矯正的概念、原理、方法與設(shè)備；

5.鋼材的表面預(yù)處理一節(jié)安排自學(xué)。3.1.1鋼材加工概述㈠鋼材的復(fù)檢

焊接結(jié)構(gòu)使用的金屬材料主要是板材和型材。為了確保構(gòu)件質(zhì)量應(yīng)有質(zhì)保書，對于重要結(jié)構(gòu)在使用前應(yīng)對每一批鋼材進行必要的化學(xué)成分和力學(xué)性能復(fù)檢，還應(yīng)檢驗金屬材料的表面和內(nèi)部質(zhì)量（如夾層、砂眼等）。部分構(gòu)件的金屬材料還要進行金相組織的復(fù)檢，以保證其牌號所規(guī)定的、質(zhì)保書上所保證的要求。3.1.1鋼材加工概述㈡零件加工的目的、要求及特征

零件加工是對各種軋制鋼材進行的一系列加工。

⑴零件加工的目的（作用）①零件的加工，可檢查圖紙設(shè)計、結(jié)構(gòu)形式和尺寸的正確性與合理性；

②按圖樣技術(shù)條件和工藝規(guī)程要求加工零件，為后期裝配—焊接提供方便。3.1.1鋼材加工概述

⑵零件加工應(yīng)滿足的要求

①要保證零件加工尺寸、形狀的準(zhǔn)確性和相應(yīng)的加工精度；必須符合技術(shù)條件上的公差要求，并不產(chǎn)生產(chǎn)品質(zhì)量要求中所不允許的各種缺陷。

②加工過程中，要注意保持材料的原有性能(力學(xué)性能、焊接性、使用性能、...)。3.1.1鋼材加工概述⑶零件加工的特征（零件加工工藝特點）

根據(jù)加工目的和要求及鋼材自身的特點和結(jié)構(gòu)特點，焊接結(jié)構(gòu)的零件加工具有一些不同于機械加工及其它產(chǎn)品零件加工的特征，主要有以下幾點：

①鋼材的加工都屬只改變工件尺寸和形狀而不改變其基本性質(zhì)的物理加工；因而簡化了加工內(nèi)容、縮小了加工范圍，為焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)提供了有利條件。②鋼材的加工是以現(xiàn)成截面的型材為坯料，并且是在不改變截面特征情況下的加工；3.1.1鋼材加工概述

③需用大功率、大規(guī)格的通用或?qū)Ｓ眉庸ぴO(shè)備和起重運輸設(shè)備；④此種加工屬多種工藝內(nèi)容、多種加工方法、多工種的綜合性加工。

3.1.1鋼材加工概述㈢

零件加工基本類型

根據(jù)鋼材加工對工件所產(chǎn)生的作用和加工的結(jié)果的不同，可將鋼材的加工劃分為兩種類型：

⑴變形加工

⑵分離加工

⑴變形加工無論通過何種方式，使作用在工件單位面積上的外力超過材料的屈服強度，而又不破壞材料的連續(xù)性，使之產(chǎn)生永久變形(即塑性變形)的加工方法。如：鋼材加工中的矯形、彎曲、卷圓、壓制成形等。3.1.1鋼鋼材加工工概述⑵分離離加工作用在工工件單位位面積上上的外力力超過了了材料的的抗拉強度，使使之發(fā)生生斷裂而而造成材材料的一一部分與與另一部部分分離的的加工。。如剪切、沖沖孔、邊邊緣加工工、鉆孔孔等屬此類類加工。。當(dāng)σ＞σb時(外力力使材料料達到極極限應(yīng)變變εmax)，材料產(chǎn)生生斷裂稱稱之為分分離加工工。3.1.1鋼鋼材加工工概述焊接結(jié)構(gòu)構(gòu)制造過過程中，，金屬材材料應(yīng)具具備：較高的伸伸長率和和韌性，，較低的的屈強比比和時效效敏感性性。一般說來來：低碳鋼：：伸長率率δ≥16％，，屈強比比σs/σb≤70％％；低合金鋼鋼：伸長長率δ≥≥14％％，屈強強比σs/σb≤80％％。否則，材材料的加加工性能能較差，，不易保保證加工工質(zhì)量，，需要采取取相應(yīng)的的工藝措措施，以以提高加加工性能能。3.1.1鋼鋼材加工工概述㈣零零件的加加工方法法⑴冷加加工──在常常溫下進進行的各各種加工工。⑵熱熱加工──將工工件加熱熱在高溫溫狀態(tài)下下的各種種加工，，多用于于變形加加工的構(gòu)構(gòu)件。⑶溫加加工──介于于冷、熱熱加工之之間的一一種工藝藝方法。。3.1.1鋼鋼材加工工概述⑴冷加加工──在常溫下下進行的的各種加加工。冷加工的的優(yōu)點：：①不加加熱，無無氧化皮皮產(chǎn)生，，金屬無無燒損，，節(jié)省能能源，費費用低；；②工藝藝過程簡簡單，操操作方便便，生產(chǎn)產(chǎn)條件好好；③工件件成形準(zhǔn)準(zhǔn)確，加加工質(zhì)量量好，不不易造成成壓傷和和劃傷缺缺陷。3.1.1鋼鋼材加工工概述冷加工的的缺點：：①材料料變形抗抗力大,需要較較大功率率的加工工設(shè)備來來完成;②加工工硬化現(xiàn)現(xiàn)象嚴(yán)重重?！锛庸び不母拍钅罱饘俳?jīng)塑塑性變形形后，其其強度指指標(biāo)增加加，而塑塑性指標(biāo)標(biāo)降低，，變形抗抗力增加加的現(xiàn)象象稱之為為加工硬化化。3.1.1鋼鋼材加工工概述★避免和和消除加加工硬化化的方法法①合理理選擇加加工工藝藝(預(yù)防防措施)使被加工工件受力力均勻,變形一一致,控控制變形形速度，，避免在在塑性變變形低的的溫度區(qū)區(qū)間加工工，防止止脆斷。。一般在在脆性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫度度以上進進行。碳素鋼在在20℃℃以上，，冬季應(yīng)應(yīng)預(yù)熱到到60～～150℃。3.1.1鋼鋼材加工工概述②對產(chǎn)生生加工硬硬化的構(gòu)構(gòu)件和材材料，應(yīng)應(yīng)用熱處處理的辦法來消消除，以以恢復(fù)和和改善鋼鋼材的力力學(xué)性能能。③局部邊邊緣加工工硬化可可采用再再加工的的辦法加加以消除。如剪切產(chǎn)產(chǎn)生的加加工硬化化可用刨、銑等方法消消除；沖沖孔產(chǎn)生的的加工硬硬化可用用擴孔的方法消消除。應(yīng)注意下下料時應(yīng)應(yīng)留取相相應(yīng)的加加工余量量。3.1.1鋼鋼材加工工概述④適當(dāng)控制制鋼材的的變形程程度變形程度度越大，，加工硬硬化越明明顯。對對平板來來說，同樣直徑徑，厚度度大者；；同樣厚厚度，直直徑小者者則制成成圓筒的變變形程度度越大。。變形程度度一般用用變形率來表示。。通常按按受拉部分分最外層纖纖維的伸伸長率ε來計算，，如：圓柱體：3.1.1鋼鋼材加工工概述球形、碟碟形表面面：式中δ──鋼板厚度度(mm);R──截面重心心層彎曲曲后曲率率半徑(mm);R。──截面重心心層原始始曲率半半徑(mm)。3.1.1鋼鋼材加工工概述不同材料料加工時時允許的的變形率率不同。。鍋爐和和壓力容器的受受壓殼體體符合下下列情況況可以進進行冷加加工:碳素鋼鋼：δ≤20mm,或δ＞20mm,而而ε≤5%；合金鋼鋼：ε≤3％％。但為了了安全全起見見，ε一般多多控制制在2.5%～3%范圍內(nèi)。3.1.1鋼鋼材加加工概概述⑵熱熱加加工──將工件件加熱熱在高高溫狀狀態(tài)下下的各各種加加工，，多用用于變變形加加工的的構(gòu)件件?！餆峒庸すさ膬?yōu)優(yōu)點①高溫下下強度度降低低，塑性增增大，變形形抗力力減小，設(shè)設(shè)備動動力和和人力力消耗耗降低低；②使冷態(tài)態(tài)下不不可能能加工工或難難以加加工的的構(gòu)件件變得得可能或或容易易加工工,且且不易斷斷裂;③熱加工工可以以通過過再結(jié)晶晶消除除內(nèi)應(yīng)應(yīng)力,避避免產(chǎn)產(chǎn)生加工工硬化化。3.1.1鋼鋼材加加工概概述★熱加加工的的缺點點①鋼材或或工件件的加加熱需需增添添設(shè)備備，會會大量量消耗耗人力力、物物力和和財力力；②工藝過過程復(fù)復(fù)雜，，要求求較高高的操操作技技術(shù)，，生產(chǎn)產(chǎn)周期期延長長；③產(chǎn)生大大量氧氧化皮皮，易易造成成表面面的壓壓痕或或燒損損，影影響表表面光光潔度度；④高溫作作業(yè)生生產(chǎn)條條件差差，勞勞動強強度高高。基于上上述四四條缺缺點，，一般般情況況下，，只對冷冷加工工條件不足足或不不允許許冷加加工的的工件件進行行熱加加工。3.1.1鋼鋼材加加工概概述★熱加工工方法法①局局部加加熱法法──時間短短，節(jié)節(jié)省能能源，，不需需大型加熱熱設(shè)備備。多用于于管件型型鋼件件彎曲時時的局局部加加熱。。Ａ.氣體火火焰加加熱：設(shè)備簡簡單，，加熱熱面積積小；；不均勻，，溫度度難以以控制制。Ｂ.開式爐爐加熱熱：加熱質(zhì)質(zhì)量好好，溫溫度便便于控控制。。3.1.1鋼鋼材加加工概概述②整整體加加熱法法──將整個個工件件放在在爐中中加熱熱，熱量均均勻，，溫度度控制制準(zhǔn)確確；但但設(shè)備備較大大、時時間很很長。多用于于封頭曲曲面厚厚板的壓制制。在熱加加工時時要注注意防防止產(chǎn)產(chǎn)生“熱脆”和“過熱”現(xiàn)象。。常用材材料的的熱加加工溫溫度范范圍見見表3-2。3.1.1鋼鋼材加加工概概述★熱脆──當(dāng)加熱溫溫度接接近金金屬熔熔點時，由由于晶界被氧氧化，晶粒粒間的的結(jié)合合力被被削弱弱，使使材料料塑性性降低或完完全喪喪失，，在外外力作作用下下，很很容易易產(chǎn)生生破裂裂的現(xiàn)象。?！镞^熱──因加熱熱溫度度過高高或高高溫停停留時時間過過長致使材材料晶晶粒長長大引引起機機械性性能下下降的的現(xiàn)象象。3.1.1鋼鋼材加加工概概述⑶溫溫加工工──介于冷冷、熱熱加工工之間間的一一種工工藝方法。。低碳鋼鋼一般般在500～600℃之之間。。溫加加工適適用于于冷加工困困難而而又不不宜采采用熱熱加工工的材材料。。由于于溫加加工只解決決了冷冷、熱熱加工工的部部分困困難，，并不不能解解決加加工中出現(xiàn)現(xiàn)的主主要難難題，，仍需需一些些補充充措施施來解解決，，所以溫加加工在在生產(chǎn)產(chǎn)中應(yīng)應(yīng)用并并不廣廣泛。。3.1.2鋼鋼材的的表面面預(yù)處處理因?qū)W時時所限限，本本小節(jié)節(jié)內(nèi)容容安排排自學(xué)學(xué)。P41-43鋼材的的表面面預(yù)處處理---表面面除銹銹機械除除銹法法—噴噴丸化學(xué)除除銹法法—酸酸洗3.1.3鋼鋼材的的矯正正㈠矯矯正正的概概念矯正又又稱為為矯形形，就就是使使鋼板板或工工件在在外力力的作作用下產(chǎn)產(chǎn)生與與原來來變形形相反反的塑塑性變變形，，以消消除彎彎曲、扭扭曲、、皺折折、表表面不不平等等變形形，從從而獲獲得正正確形狀的的過程程。對鋼材材進行行的矯矯平或或矯直直統(tǒng)稱稱為矯矯正。。對每一一個工工件或或產(chǎn)品品來說說，是是否需需要進進行矯矯形，，是一一次矯矯形還還是多多次矯矯形，，將依依鋼材材及工工件的的變形形情況況和工工藝要要求而而定。。3.1.3鋼材的的矯正㈡矯正正原理鋼材的任何何變形都是是由于鋼材材在外力的的作用下其其局部發(fā)生塑塑性變形使使某一部分分纖維被拉拉長，而另另一部分纖維被被壓縮而造造成的。因此，矯正的實質(zhì)質(zhì)就是將被被拉長的纖纖維縮短或或?qū)⒖s短的的纖維拉長長，以恢復(fù)復(fù)原狀，或是使其它它部分的纖纖維也拉長長或縮短，，產(chǎn)生與局局部纖維相相同的變形形，從而達達到矯正的的目的。3.1.3鋼材的的矯正凡是變形超超過技術(shù)要要求的鋼材材，在劃線線、號料以以前必須進進行矯正。。一般鋼材下下料前的允允許偏差值值見表3-4。3.1.3鋼材的的矯正㈢矯正正方法與設(shè)設(shè)備⑴矯正正方法分類類★按工件加工工過程分①鋼板的矯正正──劃線下料加加工之前對對鋼板進行行的矯平工序；②半成品矯正正──鋼材加工過過程中，因因受力不均均勻或其它原因造成成工件變形形，為不影影響工件的的進一步加加工所進行行的工序間的矯矯正；③成品的矯正正──在裝配焊接接之后，對對裝焊過程程中產(chǎn)生的各種變形形進行的矯矯正，如吊吊車梁的焊焊后矯形。。3.1.3鋼材的的矯正★按矯正時溫溫度的不同同分①冷矯正正──是應(yīng)用最廣廣泛的一種種矯正方式式;②熱矯正正──當(dāng)材料塑性性較差或變變形較嚴(yán)重重或因采取取冷矯設(shè)備備能力不足足時使用。?！锇床僮鞣椒ǚǖ牟煌址症偈止こC矯正；②機械矯矯正；③火焰矯矯正。3.1.3鋼材的的矯正⑵各種矯矯正方法及及設(shè)備①手工矯矯正手工矯正是是一種原始始的較笨重重的矯形方方法。一般多用在厚厚度小(3mm以下下)、數(shù)量量少的小塊塊板材矯正。3.1.3鋼材的的矯正手工矯正原原理：如圖3-3和和圖3-4所示。圖3－3鋼鋼材突起起部位矯正正順序示意意圖3.1.3鋼材的的矯正圖3－4手手工矯正正馬刀形變變形3.1.3鋼材的的矯正手工矯正的的特點：A.操作靈靈活，適應(yīng)應(yīng)性較強；；B.生產(chǎn)效效率低，矯矯平質(zhì)量差差(工件表表面易留下下錘痕,被被錘擊處力力學(xué)性能發(fā)發(fā)生變化);C.勞動強強度大，噪噪音大，不不安全。3.1.3鋼材的的矯正②機械矯矯正按加力方式式和對工件件的作用，，機械矯正正分為：Ⅰ張力矯矯正法(在在拉伸機上上進行);Ⅱ彎曲矯矯正法(在在壓力機上上進行);Ⅲ輥軋矯矯正法(在在多輥矯平平機上進行行)。應(yīng)用最普遍遍的是輥軋軋式矯正法法。3.1.3鋼材的的矯正★輥矯原理多輥式矯平平機主要用于矯矯平鋼板。。矯平時，，鋼板在矯平機機上下輥壓壓力的作用用下，經(jīng)多多次反復(fù)彎彎曲，使鋼板板得到均勻勻的拉伸，，多種原始始曲率逐漸漸趨向單一，，并不斷減減小，最終終得以矯平平。3.1.3鋼材的的矯正★影響矯平效效果的主要要因素a．矯平機機輥間距t:t↑，所需矯平力f↓，但矯平效果較差；；t↓，f↑，矯平效效果↑，輥輥子磨損↑↑。b.矯平平機輥直徑D:D＝(0.9～0.95)t,并按被被矯板的強強度、最大大厚度和寬寬度進行校校核。c.輥數(shù)n:n↑,矯平平精度↑,但矯平平機結(jié)構(gòu)越越復(fù)雜。3.1.3鋼材的的矯正d.矯平次次數(shù)N:矯平平次數(shù)的多多少取決于于被矯材料的應(yīng)力度度系數(shù)。式中E──材料的的彈性模量量;δ──材料厚厚度;σs──材料的的屈服極限限;γ──矯正曲曲率半徑。。