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1、第三节 板材的成形加工,船体板材中非平直钢板较多，弯曲加工工作量较大 板材的成形加工方法主要有机械冷弯和水火弯板法 单向曲度板采用机械冷弯法加工 复杂曲度板先用冷弯机械加工出弯曲较大方向的曲度，然后再用水火弯板法加工出其他方向曲度 批量较大的板材，可在压力机上安装专用模压制成形,一、钢板构件的冷弯加工,1.简单曲度板的冷弯成形 具有圆柱形或圆锥形的单向曲度板称为简单曲度板 简单曲度板可用三辊弯板机加工成形,普通三辊弯板机的结构,下轴辊是主动辊，安装在固定轴承内 由电动机通过减速器带动其旋转,上轴辊是从动辊，安装在可上下调节的轴承内 小型三辊弯板机由人力调节，大型的由电动机通过机械传动实现,三辊
2、弯板机的类型,三辊弯板机分开式和闭式两类 开式三辊弯板机上轴辊的一端机架可以拆卸，能够取出弯制好的封闭式整圆柱形构件,普通三辊弯板机的问题,除上轴辊做上下调节外，不能做其他调节，这使其弯板功能受到很大限制 如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 只好采用加垫块先辊弯好板边部分或先用液压机压好板边部分 为解决上述不足和缺陷，可采用几种新型的辊式弯板机,三根轴辊可上下升降调节,弯板机的下轴辊不仅可以驱动，还可以单独或一起进行升降调节,工艺性好，操作方便，适宜简单曲度板的加工,这种弯板机弯制构件边缘部分的过程如图示,轴辊可做横向调节,利用轴辊的横向移动，缩小作用力间距进行板边成形,
3、有两种类型 上辊可横向移动的开式三辊弯板机 下辊可横向移动的闭式三辊弯板机 开式弯板机可以用来弯制封闭形筒体或锥体 闭式三辊弯板机分别调节两根下轴辊的横向位置，弯制出构件边缘部分的曲度,开式三辊弯板机弯制过程,上轴辊作横向移动并进行升降调节，弯制边缘部分，再弯制成封闭的筒体,四辊弯板机,轴辊1和2为主动轴，轴辊3和4从动辊 轴辊1安装在固定的轴承内 其余三根轴辊被分别安装在可作升降调节的轴承内,四辊弯板机的弯板方式,将要弯曲的钢板夹在轴辊1和2之间 通过对轴辊3和4作升降调节，将钢板弯制成构件所要求的弯曲程度,可做矫平用的四辊弯板机,在三辊弯板机的上辊旁增加一根可上下调节的矫平辊,当矫平辊在上
4、轴辊旁的正常位置时，弯板机用来矫平钢板 当矫平辊调节到下轴旁边时，则可用来弯板,可做折边用的四辊弯板机,有些三辊弯板机的上轴辊通过液压传动进行升降调节 只要在上下轴辊之间安装合适的压模，即可用来进行钢板的折边,弯板机弯制圆柱形钢板,在钢板的两边和中央划出圆柱的素线(平行直线) 调节各轴辊，使其轴线互相平行 使钢板上的素线平行地对准下轴辊的纵向槽 先弯出边缘部分的曲度，再将中间部分逐渐弯曲成形 在弯制过程中，应注意钢板上所划的素线与下轴辊纵向槽是否保持平行 用样板检查钢板弯制的曲度，以便调节上轴辊的升降 直至弯曲成形与样板型线相符合为止,弯板机弯制锥形钢板,锥形板两端曲率不同，在钢板上事先画出的
5、素线是不平行的 弯制锥形板要保持其素线与上轴辊平行才能准确的弯制成形 必须采取一定的工艺措施 上辊相对下辊呈倾斜状态，曲率大的板处上、下辊间距小于另一端 将锥形板做35等分，分区进行辊弯。每一分区的中心线(也是一根素线)应与上辊平行,锥形板三等分分区辊弯示意图,各分区变形面之间有一定的重叠(图中阴影部分)，使锥形板的小曲率端呈均匀的弧形,2.复杂曲度板的冷弯加工,具有双向曲度和多向曲度的板称为复杂曲度板 冷弯成形设备主要是液压机 万能弯板机弯制复杂曲度板，要求操作技术高度熟练，成形质量不易控制，劳动强度大，使用不广泛 对于双向曲度不大的构件，也可在三辊弯板机上进行冷弯 主要介绍液压机弯板中的有
6、关问题,液压机的分类,根据使用的液体介质不同，液压机可分为油压机和水压机两类 油压机的压力由油泵产生，一般没有蓄压装置，所以结构轻巧简单 水压机一般都带有蓄压装置，能产生很大的压力，但机构庞大复杂 如果油压机的工作压力能满足加工要求，则采用油压机较为经济,常用液压机的工作压力,液压机利用液体的不可压缩性并能传递等压强的特点，通过一定的机构产生出巨大的工作压力 常用液压机的工作压力 中小型船厂：(200400)104N 大型船厂：(8001 200)104N 有的高达3 000104N,液压机的结构形式,悬臂式和框式两种结构形式 悬臂式液压机的工作面三面敞开，操作方便，但工作压力受到限制 框式液
7、压机的工作空间受到一定限制，但结构支承好受力大，因此大功率液压机多采用框式结构 还有一种在框式液压机基础上研制成的可移动压头压力机，压头和工件台能根据要求进行横移和回转,压模的形式,利用液压机弯制复杂曲度板时，必须在压头上装设压模,压模的形式和精度是影响构件成形加工质量的关键之一,通用压模的应用,为解决船体构件的形状复杂，尺寸不一的问题，压模经常被设计成长度为8001500mm左右的通用压模 通用压模弯板一般只能弯曲一个方向的曲度(如横向曲度) 其他方向的曲度(如纵向曲度)可用水火弯板法弯制 使用短压模能弯制各种曲度的钢板,压模使用的注意(1),用压模压制板材前，要先进行空载试压，以检查上、下
8、压模的对位情况及压模安装的牢固程度 对于较长的板材，需分成数段加压，且相邻两加压段应重叠3050mm 用通用压模进行较长板材的折边，还应注意每次折角角度不能太大，否则容易产生裂缝,压模使用的注意(2),在液压机上使用通用压模弯制钢板构件时，应校核机床的工作压力能否满足要求 同时，还要按板材的厚度选定下模的支点距离 具体的计算和处理方法，可参考船体工艺手册的相关部分,专用压模的应用,在产品批量较大时，则应制造专用压模,专用压模能保证构件成形质量，简化操作，提高加工速度,在批量生产时经济上也比较合理,板材冷弯加工线,影响板冷弯质量的另一个重要因素 在冷弯之前已经划在号料的板材上 由于加工设备的构件
9、形状各不相同，加工线的形式、分布也不相同 加工线的绘制应根据加工设备和构件的形状来确定 弯曲单向曲度板时，其加工线都是展开后的素线,三角样板确定冷弯加工线,一般船体外板，可用三角样板确定其冷弯加工线,将板材首、尾两块三角样板拼拢,使准线、准线与样板曲边的交点a重合,使重合在一起的两块三角样板与平面相切，标出切点B和C,曲线长度t和s的确定,在首端三角样板上量取B点与上缝间的曲线长度t,量取C点与下缝线间曲线长度s,将曲线长度t和s转驳到板材展开形状首尾端肋骨线的相应位置上得点,板材冷弯加工线的确定,连线即为钢板上的冷弯加工线(辊轧线),辊轧线是横向曲率辊弯加工的基准线,在平板上，把各样板向下平
10、移使其与基面(平板)相切,所有样板的切点连线即为辊轧线,一般这样的连线是一条曲线,液压机的应用,液压机不仅可以压弯各种不同曲形得船体构件 而且还可以进行板材得折边、压角、预弯与矫平工作 它是船体加工车间得主要设备 应该为其配置专用吊运装置和工件移动、定位、送料及落料得辅助装置，实现辅助作业机械化,3. 数控弯板简介,弯板工作与其他工序相比，生产效率仍然很低 应用数控技术进行弯板，会大幅度提高弯板工作效率，减轻劳动强度 而且会提高弯板精度，减少装配和矫正工作量 同其他数控加工装置一起使用，可以实现船体加工车间综合机械化、自动化，提高综合生产能力,数控弯板的研究,数控弯板样机中，最典型的是多压头式
11、(或多柱塞式)数控弯板机,弯板前，数控程序自动调节下模(或上模)各压头高度,形成与构件形状相同的曲面(考虑回弹在内),日制多压头式数控弯板机,主要由弯板机机体、辅助装置及数控三部分组成 采用分段加压方式弯曲板材,日制弯板机的机体构成,弯板机机体由机座及上、下模构成，机座面积为44m2 下模是数控驱动的螺旋调节式压头，共1515225个，间距为250mm 上模压头数与下模一一对应 上模各油压压头能单独动作，整个上机座也能通过螺旋轴作上下移动 该机总共约能产生147.105103N 22533 098.625103N的压力,日制弯板机的辅助装置,弯板机辅助装置主要包括工件输送装置、定位装置、支承装
12、置和曲面测量装置 为了测量加压后的回弹量，配置了自行门式曲面测量装置 由于225个螺旋压头必须在很短的时间内进行数控调节，所以该机的数控装置采用分时控制系统,二、水火弯板,沿预定的加热线用火焰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) 冷热作用使板产生局部塑性变形，从而将板弯成所要求的曲面形状 也称为线状加热法 目前是大多数船厂弯制复杂曲度板和船体内部大型构件的主要方法,1.水火弯板的基本原理,船体双向曲度外板大都是帆形板和鞍形板 这两种板的成形都是先用冷弯设备按辊轧线加工出横向曲度(因其曲率较大)，然后用水火弯板法弯出纵向曲度 加热过程是在横向曲度板的两个板边或板中部进
13、行多道直线加热 每加热一道火焰有四种变形,加热火焰的四种变形,横向收缩变形沿加热线垂直方向的收缩，起到了板的纵向方向上的缩短作用 纵向收缩变形平行加热线，变形量最小不影响横曲度 角变形沿板厚方向，由于温度梯度引起的变形，对的板光顺有很大影响 纵向弯曲变形每道加热线的横向收缩引起的板纵向弯曲，对中和轴的力矩越大，弯曲变形越大,水火弯板的变形过程,板厚为t 火焰加热宽度为b 由于加热火焰移动速度较快,在加热处构件的厚度方向上存在较大的温差,加热面的温度高于背面温度,垂直于加热线的剖面,沿板厚将加热剖面分为两个区域 加热区厚度为加热深度a,背面区厚度为t-a 加热前板材温度为0 热源通过时，区温度升
14、到，区温度升到 ，显然,热膨胀的结果,区应伸长到点划线位置 区应伸长到实线位置,由于热场的局部性，受热金属的膨胀受到周围较冷金属的限制,、两区的伸长相同，因而加热区内产生压缩塑性变形,热源过后板内温度降到0,温度降低后、两区应恢复原有长度b，回到虚线位置 由于加热时，区的伸长受到限制已发生了塑性变形 因而冷却后宽度变小而由收缩到图示点划线位置的趋势,收缩变形的形成,在区内的收缩量没有区大 最后一起收缩到的实线位置 同时，在区内产生拉应力 在区内产生压应力,拉、压应力的结果,作用于整个加热宽度b内 相当于作用于平板上的外加弯矩 使板产生图示的弯曲变形 其曲率半径为 角变形为,线状加热的结果,实际
15、弯板时，板内温度分布在时间上和空间上都是连续变化的，必然导致整个变化也是连续变化的 图中、两个区域的温度、应力和变形都是该区域内的平均值 所取的四个阶段也是加热冷却过程中的典型阶段 但通过分析可知，对板材进行线状加热会使其产生横向收缩变形和角变形,收缩变形的原因,横向收缩变形在于受热金属的膨胀受到周围较冷金属的限制，因而产生压缩塑性变形，冷却时即产生收缩变形 角变形则是由于最终的横向收缩变形沿构件厚度方向不等所引起的 水火弯板就是利用板材在局部加热冷却过程中会产生角变形和横向收缩变形的特点达到成形加工的目的 用水跟踪冷却的目的在于加大这种变形，增加成形效果,2. 各种工艺因素对成形效果 的影响
16、,(1)加热线成形效果的影响 水火弯板时，加热线的位置、间距、长短、加热线宽度和数量(施加给板的总能量)对板材成形效果影响极大 加热线的位置直接关系到板材能否正确成形,加热线位置的影响,对一块板在不同的位置上进行线状加热，成形形状会完全不同 确定加热线位置是水火弯板的关键 加热线位置取决于构件的形状 展开时哪部分伸长，加工时应收缩回去 帆形板和鞍形板都是用水火弯板法弯出纵向曲度，但加热线位置不同,帆形板和鞍形板加热线位置图示,帆形板的加热线位置,帆形板的纵向曲度方向与横向曲度方向一致，即都朝板的一面弯曲 加热线位于板横剖面的两侧 弯曲时采用水火收边的方法，加热板的凹曲内面 依靠横向收缩变形及角变形(前者是主要的)使构件两侧纵边缩短而得到构件的纵向曲度,鞍形板的加热线位置,鞍形板的纵向曲度方向与横向曲度方向相反 即横向朝板的一面弯曲，纵向朝板的另一面弯曲 加热线位于板的横剖面的中部 弯曲时应加热构件背面的中间部分，使中间部分纵向缩短而得到纵向曲度,加热线间距和长
