船舶建造工艺-09边缘加工

1、第二节 船体构件的边缘加工船体构件的边缘加工主要是指零件的边缘切割和焊接坡口加工船体构件有直线边缘和曲线边缘之分，加工所用的机械设备和方法也有不同边缘加工的方法有 机械切割法(剪切、冲孔、刨边和铣边) 化学切割法(氧乙炔气割和氧丙烷气割) 物理切割法(等离子切割和激光切割).一、机械剪切法 一机械剪切原理机械剪切的本质 在超越资料极限强度的剪切力作用下，被加工金属受挤压而发生剪切变形和断裂的过程这一过程大致分为三个延续发生的阶段 弹性变形阶段 塑性变形阶段 断裂阶段.剪切过程的三个阶段 弹性变形阶段 剪切开场时上剪刃下压至被加工构件 构件在剪切力的作用下发生弹性变形 内应力低于资料的屈服极限塑

2、性变形阶段 上剪刃继续下压，使被加工构件的内应力超越屈服点并继续上升 直到相当于资料抗剪强度的最大值 构件在剪力作用下发生塑性的剪切变形.塑性变形阶段 最大剪切变形从剪刀的刃边部分开场，变形沿滑移面发生 由于上下剪刃间具有一定的间隙，剪切变形的同时还存在着弯曲和拉伸变形 剪刀挤入被剪金属的深度视资料的硬度和塑性而定 普通为被剪金属厚度的2050断裂阶段 随塑性变形添加，沿着滑移面的方向逐渐构成裂痕并迅速扩展，直到完全脱离剪断.剪切后的断面剪切边缘有两个明显区域 窄面亮的条带区(相当于塑性变形阶段) 较宽面无光的断裂条带区在条带区附近纤维受挤部分是机座剪切所呵斥的硬化区. (二)机械剪切加工工艺

3、 船体构件的边缘有直线和曲线之分，加工所用的机械设备和方法也有不同 直边构件：加工车床主要有斜刃龙门剪床和压力剪切机(或结合冲剪机)两种 斜刃龙门剪床是剪切长直边工件的公用设备，对中、薄板较为适宜 压力剪切机用于短直线的剪切，加工长直线或缓曲线时，质量较差且操作复杂曲线边缘：加工车床主要是圆盘剪切机，运用较少.1. 斜刃龙门剪床图示为斜刃龙门剪床任务部分剪切板材时，上剪刀不断做上下往复运动，剪切范围为图中平行四边形ABCD.上下剪刀之间的夹角剪床的功率与四边形面积ABCD成正比增大剪床上下剪刀间的夹角可使四边形面积减小，从而降低剪切所需的功率 过大时，斜剪刃所产生的程度分力会使板材挪动，给剪切

4、操作带来不便上下剪刃夹角在1.5 5范围取值.斜口刀刃的剪角 值根据所剪资料的硬度确定在保证刀刃强度的情况下 剪切硬或中等硬度资料时，为7585 软质金属其值约为65 70为便于刀刃的调用，也有将其做成90.剪刀平面之间的间隙S为减少刀刃与剪截板边的摩擦，有利于板材分别，上下刃口间应留有一定间隙S值根据所剪板材的资料和厚度决议最大不超越板材厚度的7.剪刀刀口间隙调整曲线.斜刃龙门剪床剪板刀片斜刃龙门剪床的剪板刀片较长，为1.58.3m剪刀的后角为2 3剪床的下剪刀固定，上剪刀经由离合器与剪床的运动部分相连.斜刃龙门剪床任务过程(1)剪切操作时合上离合器，上剪刀做一次下剪动作完成一次剪切后，上剪

5、刀回到原来位置，离合器自行脱开，任务部分停顿运动保证平安操作有充分的时间进展下一次剪切的预备任务，有利于提高剪切质量剪刀每分钟行程次数为545次剪切板厚可达2050mm.斜刃龙门剪床任务过程(2)斜刃龙门剪床上设有压料架上剪刀下剪前，剪床的压紧安装将板料自动压紧防止钢板在剪切时产生挪动和翻转防止剪下的条料出现向下弯曲折卷的景象 .剪断力P的近似估算 系数 K1=0.510-6 K2=1.210-6 或 1.810-6 (薄板)U为单位剪切功；低碳钢：U=9.810-7J/m3t为板厚(mm) 为抗剪强度(0.80.86) (Pa)思索弯曲作用，板厚不均匀性及刀口变钝等情况，将P的估算值添加20

6、30%作为实践剪断力.斜刃龙门剪床机械龙门剪床的传动方式有机械传动和液压传动两种液压传动方式的龙门剪床具有的优点 构造简单、体积小和分量轻 振动小、作用力恒定且可以防止过载任务台可以回转的龙门剪床，在剪裁构件边缘的同时可以直接加工出焊接破口中小型船厂所用钢板不厚，龙门剪床是直线构件边缘加工的高效而经济的加工设备.2. 压力剪切机 常用的压力剪切机为剪切和冲孔两用的结合机床，可剪切板材和型材也可进展冲孔作业剪切机的刀片较短，在300600mm的范围内刀片实践有效的任务长度为250300mm，适宜于剪切短直线剪切较长直线及曲度较小的外弯曲线，剪切的质量不理想压力剪切机上下刀刃的夹角取为9 12上下

7、剪刀平面之间的间隙S在所剪板材厚度的27的范围内调整.压力剪床的种类根据剪刀安装的方向，压力剪切机分纵向和横向两种横向式压力剪切机如下图喉深为6001000mm板材剪切的宽度遭到喉深的限制纵向式压力剪切机无喉深的限制可冲剪金属板材和剪切角钢等型材.纵向式压力剪切机表示图.3. 圆盘剪切机厚度较小，具有恣意曲线边缘的船体构件，可用圆盘剪切机进展剪切圆盘剪切机的任务部分如下图剪刀由两个锥形圆盘组成轴线平行安装(图a)轴线倾斜安装(图b).圆盘剪切机的运用上刀盘为自动盘，下刀盘为从动盘剪刀刃口的重叠值h为板厚的1/51/3两个剪刃重叠的弧线很短，所以可用转动被加工构件的方式剪裁曲线轮廓这在斜装的剪床

8、上尤为方便这种剪床操作复杂、劳动强度大，在船体构件的边缘加工中运用较少主要用于薄板和有色金属构件的曲线边缘切割.4. 剪切加工的主要工艺要求 根据构件尺度和边缘特征选择适宜的剪切机床,核对机床的任务才干能否满足所剪资料的要求根据构件厚度调整上下刀片的间隙，使其在整个刀片长度内坚持一致一张钢板上陈列多个构件时，根据陈列情况预先确定剪切顺序，以便顺利地进展操作剪切时，应使构件的剪切线与上下刀口边缘严厉对准，保证剪切边缘不发生偏向加工后，构件的剪断位置与划线位置的偏移应不超越1.0mm，断面不垂直度应不超越5.二、气割方法(化学切割法)在船体构件加工中，气割方法 进展直线边缘和曲线边缘的加工 切割各

9、种外形和不同厚度的工件 切出各种不同型式的焊接坡口在船体装配中，气割方法广泛运用于切割余量和修正边缘.(一) 气割原理气割也称火焰切割，通常是指氧乙炔焰切割或氧丙烷焰切割本质是金属在氧气中熄灭的过程气割分为金属预热、金属熄灭和去渣三个阶段 预热焰加热金属，使割缝起点温度上升 到达被切割资料的燃点时，放出高速的切割纯氧气流 金属在氧气中急速氧化(熄灭).借助高速氧气流的动能将熄灭生成的熔渣(即金属氧化物)迅速吹除掉延续不断地进展上述过程，从而在被割金属上构成一条割缝将金属分开，到达切割的目的气割的过程.铁在纯氧中熄灭的化学反响式2Fe+ O22FeO + 5.380105 J/mol4Fe+3O

10、22Fe2O3+ 1.660106 J/mol3Fe+2O2 Fe3O4+ 1.117106 J/mol从气割过程的特点可知，只需满足一定条件的金属才干被气割.(1)被割金属的燃点必需低于其熔点气割能正常进展的根本条件，由于气割的本质是金属在氧气中的熄灭假设被割金属的燃点高于其熔点，那么 金属尚未到达燃点就已熔化，切割过程不是熄灭过程而只是熔化过程 气割方法所提供的热能大大低于物理切割法，因此难以得到光滑平整的割缝低碳钢和低合金钢都属于燃点低于熔点的金属，都具有良好的气割性能 .含碳量对黑色金属燃点和熔点的影响由铁碳合金相图可知，黑色金属的含碳量对其燃点和熔点的影响很大铁碳合金随含碳量的添加，

11、熔点降低、燃点升高含碳量到达0.7%时，铁碳合金的熔点与燃点一样普通含碳量小于0.7%的黑色金属都能满足气割过程是熄灭过程的要求.(2)氧化物熔点应低于金属的熔点 并且具有良好的流动性气割构成的氧化物熔点低、流动性好,便容易被高速氧气流吹除假设氧化物熔点高于金属的熔点，那么氧化物不能够以液体形状从切割处排除氧化物薄膜附着在割缝金属外表产生粘渣景象，从而妨碍切割过程的进展铜、铝等金属不符合这个条件，普通不能用气割的方法进展切割 .(3)金属在氧气中熄灭是放热反响 且能放出较多的热量在气割过程中，预热焰的热量约占总热量30%，金属熄灭产生的热量约占70%排除氧化物带走一部分热量，大部分热量用来预热

12、金属并坚持切口的温度气割过程中上层金属熄灭放热对下层预热的作用非常重要金属熄灭放出的热量是预热被割金属的主要热源.金属熄灭应是放热反响金属的熄灭是吸热反响，能够呵斥割缝中未熄灭金属预热缺乏预热达不到金属的燃点，气割过程就会中断此时要使气割过程延续进展，需求耗费更多的热能预热金属，用以维持金属的燃点温度.(4) 金属的导热率不应过高气割过程中这一点必需满足金属导热率过高，金属切割处的热量将因金属本身的传导而迅速散失切割处温度很快低于燃点，使切割过程不能开场或者中断即使切割过程可以进展，也会导致割缝过大.(5)金属中不应含有使气割过程 恶化的杂质 气割方法属于化学方法，金属中的有害杂质会给气割带来

13、不利影响使氧化物熔点升高；妨碍金属熄灭；使割缝处金属性能变坏、引起裂纹等等含C0.7%的钢，必需预热到400 700时才干进展气割，否那么会在割缝外表产生淬化组织，甚至出现裂纹钢中含硫量超越1%1.2%时，就不能进展气割.(二) 气割工艺过程1. 气割过程常用的燃气气割中常用的燃气主要是乙炔(C2H2)和液化石油气(以丙烷C3H8为主，含有一定的丁烷C4H10和烯烃等成分)燃气焰在火工校正和水火弯板工艺中，也常被用做加工热源乙炔的特点是火焰集中、温度高、预热时间短，起割快，具有一定的切割速度乙炔爆炸极限较宽.液化石油气做为燃气在常温下的液化压力较低，便于储存、运输和管理在气割过程中没有污水和废

14、渣产生，回火和爆炸的能够性很小，运用平安切割出的割缝切口光洁、棱角整齐，而且很少粘渣，在中、厚板中更为突出液化石油气的比艰苦于空气，在低洼处容易堆积发生危险丙烷气的火焰大、分布宽，对钢板的预热时间长，耗氧量大.2. 气割常用工艺配备常用的气割配备有 手工气割炬 半自动气割机 门式自动气割机 数控自动气割机.用于手工操作可燃气体及氧气流进展火焰切割按构造与任务原理，割炬可分为射吸式和中压式两种型式气割过程中，操作者手工控制割嘴的运动轨迹割嘴沿事先在钢板上画出的切割线挪动切割的精度主要取决于操作的平稳程度(1) 手工气割炬.预热氧气经放射管由细小放射孔射出在射孔周围呵斥一个负压区，将聚积在该区的低

15、压乙炔吸出氧和乙炔在混合室以一定比例混合，从割嘴喷出以维持预热火焰的熄灭切割氧气用来加速金属的熄灭射割炬.由三部分组成 切割部分(包括割嘴、气体管路及调理安装等)动力部分(行走电动机和减速安装等)(2) 半自动气割机辅助设备(直线轨道和割圆圆规等)气割机由电动机驱动，沿直线轨道做匀速运动而实现构件直线边缘的切割.半自动气割机性能割嘴可以倾斜一定角度切割V型或X型焊接坡口小车行走速度就是切割速度，可以在50 750mm/min的范围进展无极调速切割钢板的厚度为560mm切割圆弧的直径为2002000mm割缝光洁，切割精度高与自动切割机比，具有设备简单、挪动方便、操作容易以及顺应性强、投资少、易于

16、扩展施工面等优点.数控自动气割机由数字控制安装和气割执行安装组成通常与计算机辅助建造系统配套运用切割前，需将被切割构件的图形用图形处置言语编成构件程序经计算机处置、计算和对数控指令编码，得到数控切割程序录入程序载(如纸带、磁盘等)切割时，将数控切割程序输入到数字控制安装中，数控安装控制执行机构进展切割(4)数控自动气割机.数控自动气割机执行部分的机架上安装有一套或数套切割安装机架为悬臂式构造、门式构造或桥式构造数控气割机的割炬在控制安装的控制下，具有平面挪动、自动升降和旋转等功能能切割不同厚度和任不测形的构件切割安装为多割嘴割炬时，可同时加工出焊接坡口假设配置有划线安装，还能在钢板上划安装线、加工线和各种符号数控自动气割机的构造.数控切割根据 CAM提供的资料直接进展切割，可实现放样、切割过程自动化切割精度高