船舶建造概要实用教案

1、1 1、剪切原理被切割金属(jnsh)(jnsh)受到剪刀给予的超过材料极限强度的机械剪切力的挤压而发生变形并断裂分离。 机械剪切的过程可分为三个连续发生的阶段：弹性变形阶段：材料受上、下剪刀作用发生弹性变形； 塑性变形阶段：上、下剪刀继续作用，应力超过屈服极限并继续上升，直到相当于材料抗剪强度的最大值；一、 机械(jxi)剪切第1页/共28页第一页，共29页。断裂阶段：随着塑性变形的增加，由于剪刃间有一定间隙使金属纤维弯曲(wnq)拉伸，沿着滑移面的方向逐渐形成裂隙并迅速扩大，直到材料的一部分与另一部分完全脱离。第2页/共28页第二页，共29页。2 2、常用的机械(jxi)(jxi)剪切加工

2、机床 （1 1） 斜刃龙门剪床剪切长直边构件的专用设备。 工作(gngzu)部分示意图237580=1.55S刀口间隙 剪刀(jindo)长度：1.58.3m第3页/共28页第三页，共29页。 剪切过程剪床的下剪刀固定，离合器合上，上剪刀做一次下剪动作。完成一次剪切动作后上剪刀回到原来位置时，离合器自行脱开，工作部分停止运动。这样有充分时间进行下一次剪切的各项准备(zhnbi)工作。同时，在上剪刀下剪以前，剪床的压紧装置将板料自动压紧，以免钢板产生移动或翻转。 剪切板厚 最大可达2050mm。 优点 剪切长直线时，可获得比较高的精度； 加工效率高；经济。 第4页/共28页第四页，共29页。（2

3、）压力剪切机常见的剪切与冲孔两用联合机床 作用：既可以(ky)剪切板材和型材，又可以(ky)进行冲孔。 剪切刀片有效工作长度：剪切刀片较短，一般在300-600mm范围内。 刀片的有效工作长度一般是250-300mm。 适用情况：适宜于剪切短直线，也可以剪切较长直线及曲度较小的外弯曲线，但剪切的质量不够理想。 两种类型(lixng)：根据剪刀装置的方向，压力剪分纵向和横向两种。横向式压力剪喉深一般为6001000mm，板材剪切的宽度受到喉深的限制。而纵向式压力剪却无喉深的限制。 第5页/共28页第五页，共29页。（3 3）圆盘剪切机 工作部分剪刀由两个轴线(zhu xin)(zhu xin)平

4、行或倾斜安装的锥形圆盘组成。剪切时，上刀盘为主动盘，下刀盘为从动盘。 适用情况：适用情况：对于厚度较小，具有任意曲线边对于厚度较小，具有任意曲线边缘的船体构件，可用圆盘剪切机缘的船体构件，可用圆盘剪切机进行剪切。由于这种机床操作复进行剪切。由于这种机床操作复杂，劳动强度大，所以在船体构杂，劳动强度大，所以在船体构件的边缘加工中应用较少，主要件的边缘加工中应用较少，主要用于薄板用于薄板(bo bn)(bo bn)和有色金属和有色金属构件的曲线边缘切割。构件的曲线边缘切割。 第6页/共28页第六页，共29页。1 1、气割的原理气割的实质：金属在氧气中燃烧。气割的过程：预热燃烧去渣。 首先用调节好的

5、预热火焰加热金属，使割缝起点的 温度逐步上升，直到达到被割材料的燃点；然后，放出高压的纯氧气流，使金属燃烧( (即剧烈氧化) )，并将燃烧生成的熔渣(rn zh)(rn zh)(金属氧化物) )迅速吹掉。连续不断地进行上述过程，就能在被割金属上形成一条光洁的割缝从而将材料分离开来。二、 气割(qg)气割(qg)：氧乙炔气割(qg) 或 氧丙烷气割(qg)第7页/共28页第七页，共29页。2 2、氧炔焰中性焰：氧气和乙炔完全(wnqun)燃烧，适合作为预热火焰；氧化焰：氧气燃烧不完全(wnqun)，燃烧温度低，对金属产生氧化作用。碳化焰：乙炔燃烧不完全(wnqun)，燃烧弯度低，对金属产生渗碳作

6、用。第8页/共28页第八页，共29页。3 3、金属(jnsh)(jnsh)能进行气割的条件被割金属(jnsh)(jnsh)的燃点应低于其熔点；氧化物的熔点应低于金属(jnsh)(jnsh)熔点，并且具有良好的流动性。金属(jnsh)(jnsh)在氧气中燃烧时应能放出较多的热量。金属(jnsh)(jnsh)的导热率不应过高。金属(jnsh)(jnsh)中不应含有使气割过程恶化的杂质。 第9页/共28页第九页，共29页。 4 4、 提高气割速度的主要途径 提高切割速度是船厂气割技术发展的重要方向。 主要途径： 强化对切口(qi ku)(qi ku)处的预热； 提高切割氧气流的流速和动量； 提高并保

7、持切口(qi ku)(qi ku)区内氧气的纯度。 这要求：一方面提高供氧的质量，一方面改进割嘴的结构。国内外都从这几方面出发，研制出一些新型割嘴，如扩散型割嘴和具有氧气屏的割嘴等。第10页/共28页第十页，共29页。5 5、船厂常用的气割设备 手工(shugng)(shugng)气割炬割嘴的运动轨迹由操作者手工(shugng)(shugng)控制。事先应在钢板上经号料画出切割线迹，操作者控制割嘴沿切割线迹运动。切割精度主要取决于操作的平稳程度。第11页/共28页第十一页，共29页。半自动气割机组成：切割部分(包括割嘴、气体管路及其调节(tioji)装置等)、动力部分(行走电动机和减速装置等)

8、、辅助设备(直线轨道和割圆圆规等) 。切割能力：气割机由电动机驱动，沿直线轨道作匀速直线运动而实现构件直线边缘的切割。割嘴可以处于(chy)垂直位置，也可以倾斜一定的角度以便切割出V型或X型坡口。小车的行走速度就是切割速度，能进行无极调速，速度范围为50750mmmin，切割钢板的厚度为5-60mm，切割圆弧的直径为2002000mm。优点：与自动气割机相比，它还具有设备简单、便于移动、容易操作、适应性强、投资少、易于扩大施工面等。第12页/共28页第十二页，共29页。 门式自动气割机组成：在两根固定导轨上设置一座坚固的“门”形支架，在支架上装置一套或数套切割装置。切割过程(guchng)(g

9、uchng)：由电动机驱动门式支架以一定的速度沿导轨作直线运动( (运动速度等于切割装置的切割速度) )，切割装置随门式支架的运动而切出一条或数条精度很高的直线割缝。切割能力：一般，每套切割装置上都装有三个割嘴，除切割平直边缘外，尚可一次割出V V型、X X型、K K型、Y Y型焊接坡口。优点：加工精度高、切割速度快；能将边缘切割和开坡口一次完成。第13页/共28页第十三页，共29页。第14页/共28页第十四页，共29页。 光电跟踪(gnzng)(gnzng)自动气割机组成：光电跟踪(gnzng)(gnzng)机构，气割执行机构。工作过程：光电跟踪(gnzng)(gnzng)系统自动跟踪(gn

10、zng)(gnzng)图纸上的线条；气割执行机构按照一定的比例同步地切割出底图( (或仿形图) )上所绘制的船体构件。1 1：1 1光电跟踪(gnzng)(gnzng)气割机：其跟踪(gnzng)(gnzng)机构可直接跟踪(gnzng)(gnzng)构件底图上的线条，光电跟线切割机：一种小型自动切割机，它能自动跟踪(gnzng)(gnzng)钢板上的线条进行缓曲线零件的切割。第15页/共28页第十五页，共29页。 数控自动气割机组成：数字控制部分，气割执行部分。工作原理：把被切割构件的图形用图形处理语言(yyn)(yyn)编成构件程序，经过通用电子计算机进行处理、计算和对数控指令进行编码，得

11、到数控切割程序( (简单图形也可以手工编程序) )，然后将其录入程序载体( (纸带、磁盘等) )，再输入到数字控制装置中，以控制气割执行机构进行切割。切割能力：执行部分的机架上安装有一套或数套切割装置。割炬在控制装置的控制下，除了能作平面移动外，还有自动升降和旋转等功能。能切割不同厚度和任意形状的构件；若切割装置为多割嘴割炬组，则可切割焊接坡口；若配置有划线装置，则还能在钢板上划安装线、加工线等。第16页/共28页第十六页，共29页。数控气割的优点：根据CAM提供的资料直接进行切割，可实现放样、切割过程自动化；切割精度高，其误差可控制在0.5mm以下，使用磁盘能长 期保存准确的数据；切割效率较

12、之光电跟踪气割机高15%以上；可省去号料工序，不仅可以节省劳动力，改善(gishn)劳动条件，还可消除各工序间的积累误差。 应当指出，数控气割机必须和计算机辅助建造系统配套使用，否则不能发挥其优越性。第17页/共28页第十七页，共29页。三、高效能物理切割法 氧炔气割速度较低、切割范围狭窄，研究发展(fzhn)高效能物理切割法以提高切割速度、扩大切割范围。第18页/共28页第十八页，共29页。1 1、等离子切割“等离子体” ” 处于完全电离状态的气体，不再由原子、分子构成，而是由带电的离子所组成，但其整体却保持着电中性。它具有较强的导电能力，能受电场和磁场的作用。 等离子切割原理使用一定的装置

13、，可获得流速3003001500m/s1500m/s、温度(wnd)15000(wnd)150003300033000的高速高温等离子弧及其焰流，利用它可把割缝处的金属熔化和蒸发并吹离基体，随着割嘴的移动而形成割缝。 第19页/共28页第十九页，共29页。 等离子发生(fshng)(fshng)装置图a a）一种典型的等离子切割装置：电弧通过喷嘴孔道在钨极和被切金属之间燃烧；冷却气体使弧柱产生热收缩(shu su)(shu su)效应； 弧柱电流的固有磁场产生磁收缩(shu su)(shu su)效应；两种收缩(shu su)(shu su)效应与等离子体内部的热扩散作用达到平衡时，离子体以相

14、当高的流速和温度从喷嘴孔中喷出；高温高速的离子喷射到被切构件上，遇冷便立即复合成原子或分子，并放出能量，使割缝处的温度迅速升高而熔化，同时，将被溶化的金属冲走。图b)b)水射流等离子切割装置：在割嘴上的弧柱出口处增加了一圈水射流孔，水射流从四周冷却电弧，弧柱被进一步收缩(shu su)(shu su)，电弧的能量密度更集中，从而进一步提高切割速度。 第20页/共28页第二十页，共29页。 等离子切割的优点热变形较小；切割速度快(是氧乙炔切割的36倍)；切割质量好；能切割的材料多（铜、铝、不锈钢和各种高温(gown)难熔金属）；切割成本低。将等离子切割设备装到普通数控切割机上能提高数控切割效率。

15、第21页/共28页第二十一页，共29页。2 2、激光(jgung)(jgung)切割 原理激光器发出水平激光束经过45全反射以及聚焦形成极小的光斑；被切割材料受激光光斑的照射产生(chnshng)局部高温(高达10000以上)使材料瞬时熔化或气化；一定压力的辅助气体将割缝处的熔渣吹除；随着割嘴的移动，在材料上形成割缝，从而使材料被切开。第22页/共28页第二十二页，共29页。 优点速度快，割缝窄(约0.20.3mm)，热影响区小(宽度约0.1mm)；割缝边缘垂直度好、光洁度高。应用范围很广（可切割各种高熔点材料、耐热合金(ni r h jn)等特种金属材料，硅、锗等半导体材料和塑料、橡胶、石英

16、、陶瓷、玻璃等非金属材料）。尤其适合薄板的切割。 数控激光切割机以其高效率、高质量、高精度的特点，逐渐被国内厂家所认识。但由于其一次性投资太高，尚阻碍着国内船厂应用激光切割工艺的进程。 第23页/共28页第二十三页，共29页。四、气割法加工各种( zhn)焊接坡口 利用割炬组可以(ky)在构件边缘切割的同时加工所要求的焊接坡口。 第24页/共28页第二十四页，共29页。1 1、开V V型坡口（用二个割炬） 方案：所开坡口在板材的正面割炬1：在前，垂直，进行直角切断；割炬2：在后，与加工表面成一倾斜 角，割出所需坡口；间距a：依板厚不同而变，不使熔渣粘着(zhn zhe)板边的反面。间距b：取决

17、于板的厚度、坡口角度和钝边的大小。方案方案和方案和方案I I比较比较切除金属的体积相同，切除金属的体积相同，方案方案的切割速度稍高的切割速度稍高( (因为间距因为间距b b减小了，倾斜割炬的预热比方案减小了，倾斜割炬的预热比方案I I好好) )，熔渣相应地，熔渣相应地减少，而且容易从板边清除减少，而且容易从板边清除(qngch)(qngch)。方案方案的缺点是切割的板厚大于的缺点是切割的板厚大于40mm40mm时，其精度下降。割炬时，其精度下降。割炬2 2倾斜度稍有误差即会导致倾斜度稍有误差即会导致背面坡口角产生较大的误差。背面坡口角产生较大的误差。 方案(fng n)(fng n)：所开坡口在板材的反面割炬布置与方案(fng n)I(fng n)I基本相同；b b值比方案(fng n)I(fng n)I小得多。第25页/共28页第二十五页，共29页。2 2、开X X型和K K型坡口（用三个割炬） 用三个割炬切割(qig)双面焊接坡口 割炬2在切割过程中倾斜(qngxi)图解 第26页/共28页第二十六页，共29页。3、气割法加工焊接坡口的优点(yudin)切割和开坡口一次完成，既简化了船体构件的加工过程，又提高了工效。这种割炬组可直接安装在半自动气割机、高精度门式切割机、光电跟踪气割机和数控气割机等自动、半自动气割设备上。第27页/共28