过程装备制造第7讲 制造准备

主讲：曲延鹏机械工程学院过控研究所(8#508)(88395100（O）13964066875Email：[e-mail]过程装备制造技术本讲主要内容净化矫形划线下料思考题1净化、矫形、展图、下料的概念和方法2净化的作用3矫形的意义4展图的原则与方法5号料时加工余量包括哪些？6合理排料的原则7边缘加工的目的制造准备1.材料检验2.钢材预处理(钢板及型钢的矫形,净化)3.划线4.下料钢材的预处理净化处理：对钢板、管子和型钢在划线、切割、焊接加工前和钢材经过切割、坡口加工、成形、焊接后清除表面的锈、氧化皮、油污和熔渣等矫形：对钢材在运输、吊装或存放过程中的不当所产生的变形进行矫正的过程涂保护漆：为提高钢材的耐腐蚀性、防止氧化、延长零部件及装备的寿命，在表面涂上一层保护涂料净化处理净化处理作用：除锈质量的好坏直接影响钢材腐蚀速度；对焊接接头处尤其是坡口处进行净化处理，清除锈、氧化物、油污等，可以保证焊接质量；可以提高下道工序的配合质量。方法：手工净化：手工用砂布、钢丝刷或手提砂轮打磨机械净化：金属刷净化、砂轮净化、刨削净化及喷砂净化等化学清洗：有机溶剂擦洗、碱洗和酸洗物理净化：火焰净化法喷砂法原理：利用高速的带有棱角的石英砂对金属表面的冲击作用，把金属表面上的污物清除掉。特点：效率较高但粉尘大，对人体有害，应在封闭的喷砂室内进行。组成：喷砂枪；砂子回收设备；钢板输送设备及除尘设备*吸入式喷砂枪利用来自导管1的0.392-0.49MPa的压缩空气，在拉法尔喷嘴2处将入口压力的位能全部变为出口处的有效速度能，使出口的气流超过音速，气流周围造成负压，使储砂器中的砂子经过管6进入吸砂室5，在混合室3处砂与空气混合后自喷枪口4高速喷出。*加压式喷砂机压缩空气经阀3引入，把从孔4进来的砂子带走，阀5可以开启或关闭孔4。砂子与压缩空气混合后经软管6进入喷嘴7喷出。抛丸法原理：利用高速旋转的叶轮把小钢丸或者小铁丸抛掷出去高速撞击零件表面，除去零件表面的氧化层。同时钢丸或铁丸高速撞击零件表面，造成零件表面的晶格扭曲变形，使表面硬度增高特点：改善劳动条件，易实现自动化，被处理材料表面质量控制方便。钢铁酸洗除锈目的：去除氧化皮、锈蚀、熔渣等除锈多用盐酸，其速度快、效率高，不产生氢脆，表面状态好，配制洗液时比硫酸安全、经济常温特效除锈液，能快速除锈及氧化皮，并兼有除油作用。钢铁材料可用酸洗膏除锈，涂膏厚度1~2mm，除锈时间60min，用水冲洗，用乙醇和氨水混合液擦干，以利防锈不锈钢酸洗：浓硝酸20％，氢氟酸10％，水70％。室温，时间15-30min金属表面除油原理：利用油脂能溶于有机溶剂，能发生皂化反应等特性，将金属表面上的油污除掉有机溶剂除油：要求溶剂溶解力强、不易着火、毒性小、便于操作、挥发慢常用溶剂有汽油、石油溶剂、松节油、丙乙酮、酒精、甲苯、二甲苯、二氯乙烷、三氯乙烯、四氯乙烯等一般采用浸渍法，还有蒸汽法和超声波法碱液除油：借助碱的化学作用，清除金属表面的油脂和轻微锈蚀主要适用于黑色金属如钢、铸铁和不溶于碱液的金属如镍、铜等乳化除油：利用能促使两种互不相溶的液体，形成稳定乳浊液的物质来除去表面油脂及其他污物此法在室温比碱液效率高金属表面的氧化、磷化和钝化氧化：与氧或氧化剂作用，形成保护性的氧化膜，防止金属被进一步腐蚀。主要有酸性氧化法和碱性氧化法，前者经济、应用较广，耐腐蚀性和机械强度均超过碱性氧化膜磷化：用锰、锌、镉的正磷酸盐溶液处理金属，使表面生成一层不溶性磷酸盐保护膜此薄膜可提高金属的耐腐蚀性和绝缘性，并能作为油漆的良好底层钝化：与铬酸盐作用，生成三价或六价铬化层铬化层具有一定的耐腐蚀性，多用于不锈钢、铝等金属火焰净化法原理：氧化皮和铁锈会因加热及冷却时的膨胀系数不同于钢本身而相继脱落。操作：用安装在滚子支架上的若干个氧乙炔火焰喷嘴来进行的。火嘴沿被净化面往复移动，移动速度约为1.5～6m/min。喷嘴距表面约50mm，火焰对表面的倾角小于45度，加热温度不得高于150℃，净化过程不应使金属内部组织发生变化。设备净化处理必要性：运行后会产生污垢等，为了恢复、提高设备的工作效率，防止损失或因污垢引起的局部腐蚀方法：机械清洗和化学清洗矫形变形原因钢材在运输过程中所产生的变形；钢材在吊装过程中所产生的变形；钢材在存放过程中所产生的变形；变形的根本原因：塑性变形矫形的必要性影响尺寸的测量和划线影响切割给装配带来困难影响成形后零件尺寸和几何形状的精度供货技术要求变形允许偏差矫正的原理矫形的原理：反向塑性变形或等长变形冷矫与热矫：为了减小型材在矫正、矫直后材质本身塑性性能的损失，型材在矫正、矫直之前的变形量不能太大，即对可有所规定。低碳钢在矫正时的伸长率不能超过1％，若超出规定则应考虑热矫。冷矫允许的变形量矫正的方法拉伸法压弯法滚弯法火焰加热法多辊矫形机原理：钢板由辊轴的转动拖入，在通过辊轴时，受到多次交变的弯曲，产生的应力超过材料屈服极限，使板材得到调直特点：有局部变形缺陷的钢材向曲皱反向弯曲火焰加热矫形原理：钢板凸起处局部加热，受热金属膨胀，受周围金属限制，产生压应力，该应力≥屈服极限时，产生塑性变形，使受热区金属尺寸缩小，同时待加热区冷却时金属收缩，使钢板得到矫正划线划线划线：将要制造的零件按其实际尺寸正确地展开为一定尺寸的平面几何图形，正确地划在准备好的材料上，标注必要的符号、标记。步骤：分拆展图号料坯料尺寸：由零件展开尺寸和各种加工余量组成确定。分拆分拆定义：将设备依次分成部件、零件和毛坯设备：工艺过程中的一个工作单位(塔、换热器、储罐等)部件：设备制造或安装检修中的一个装拆单位零件：部件上的一个几何单位，例如简体、封头等，它按加工方法来区别毛坯：划线单位，小零件由一个毛坯构成，大零件是若干个毛坯拼成(如拼接的球形封头)分拆原则部件拆成零件接头处要有圆滑的过渡焊缝分布要均匀对称焊缝不要集中尽可能使焊缝不要分布在受力严重的部位零件拆成毛坯除要遵守焊缝分布的原则外，还要妥善处理减少焊接加工量和充分利用材料的矛盾。展图展图展图（放样）：将空间曲面展成平面展图方法：作图法：用几何图法将零件展成平面图形计算法：按展开原理或压（拉）延变形前后面积不变原则推导出计算公式试验法：由试验公式决定形状较复杂的零件坯料综合法：对计算过于复杂的零件，可对不同部位分别采用作图法、计算法，有时尚需用试验法配合验证筒节展开步骤：①以中性层为基准Dm=Dg+δ②确定零件展开后图形的形状和几何参数圆柱形筒体展开后为矩形，几何参数分别为长和宽l=πDm=π(Dg+δ)h=H根据现有钢板的宽度，来求需要的筒节数量同时注意高压筒节h600mm；低压筒节h300mm无折边锥形封头展开展开图形为扇形，几何参数为圆心角，大小端半径α=360×r/l=360sin(β/2)→180ºR=l=Dm/2/sin(β/2)→Dmr=dm带折边锥形封头展开展开仍为扇形α=360sin(β/2)r=dm等弧长法求展开后大端展开半径R椭圆形封头展开-1椭圆形封头、球形封头、碟形封头都属于不可展的零件，生产中冲压或旋压加工时毛坯料都为圆形，要求出展开后的半径或直径。椭圆形封头展开-2①等面积法：板材在成形前后的体积是不变的，但实际上壁厚的变化很小而可以忽略，故可以认为中性层处的表面积在展开前后是相等的②等弧长法③经验法*相贯作图法加工余量加工余量加工余量：成形变形量、机加工余量、切割余量、焊接工艺余量等由于实际加工制造方法、设备、工艺过程等内容不尽相同，因此加工余量的最后确定是比较复杂的，要根据具体条件来确定。边缘加工余量包括焊接坡口余量，主要考虑内容为机加工余量和热切割加工余量筒节卷制伸长量伸长量：被卷材质、板厚、卷制直径大小、卷制次数、加热等有关冷卷：伸长量较小、忽略，约7~8mm热卷：伸长量较大，不容忽略经验公式Δl=(1-K)πDmK=0.9931~0.9960焊接坡口余量坡口间隙：坡口形式、焊接工艺、焊接方法等确定焊缝变形量-1对于尺寸要求严格的焊接结构件，划线时要考虑焊缝变形量（焊缝收缩量）焊缝变形量-2单层焊对接接头焊缝纵向收缩量划线技术要求实际用料线尺寸=展开尺寸-卷制伸长量+焊缝收缩量-坡口间隙+边缘加工余量切割下料线尺寸=实际用料线尺寸+切割余量+划线公差划线公差目前划线尚无统一标准，各制造单位根据具体情况制定内部要求，来保证产品符合国家制造标准对角线不大于1mm，两平行线的不平行度不大于1mm。可考虑相对长度、宽度的关系；划线公差也可考虑为制造公差的一半。排料合理排料①充分利用原材料、边角余料，使材料利用率达到90%以上②零件排料要考虑到切割方便、可行③注意保证筒节的卷制方向应与钢板的轧制方向（轧制纤维方向）一致④认真设计焊缝位置划线下料的同时，基本确定了焊缝的位置（钢板邵边缘往往就是焊缝的位置），必须认真配置焊缝设计要求-1封头、管板：Dg≤2200，拼接焊缝≤1；D2200，拼接焊缝≤2封头各种不相交的拼焊焊缝中心线间距至少应为封头钢材厚度的3倍，且不小于100mm；封头由成形的瓣片和顶圆板拼制成时，焊缝方向只允许是径向和环向的锅炉炉胆、锅壳的筒节：Dg≤1800，拼接焊缝≤2；Dg1800，拼接焊缝≤3筒体、锅壳等：每节筒体纵向焊缝中心线间的弧长不应小于300mm，相邻筒体纵向焊缝以及封头（或管板）拼接焊缝与筒体纵向焊缝应互相错开，且两焊缝中心间的弧长不得小于100mm最短筒节长度不应小于300mm焊缝设计要求-2探伤方便超声波检验时，在焊缝两侧要留有适当的探头操作移动范围和空间，探头移动区应≥1.25P1,同时再考虑探头尺寸及适当的余量空间*样板和排板样板：除最简单的筒节等零件的划线是在钢板上直接划出外，绝大部分是用纸板或薄铁皮制成样板，再用样板在钢板上划线排板：套填下料：把小零件填在大料的空隙拼接下料：把长弧变成短弧再拼接展直下料：把曲线形变成直线，再变曲*筒节展开标记移植标记和标记移植在钢板划线时对制造受压元件的材料应有确认的标记（如打上冲眼、涂上标号），如原有确认标记被截掉或材料分成几块，应于材料切割前完成标记移植工作，以保证材料及加工尺寸的准确、清晰，有利于后续工序顺利进行，有利于材料的管理、待查和核准对有防腐要求的不锈钢以及复合钢板制容器，不得在防腐蚀面采用硬印作为材料的确认标记。*加工符号下料切割及边缘加工分类：①机械切割：剪切：联合冲剪机、振动剪床、圆盘剪床锯割：砂轮锯、锯床铣刨机切割，等②热切割：火焰切割电弧切割(包括等离子弧）激光切割，等机械切割机械切割常见的是闸门式剪板机，分为平口式和斜口式两种，多用于直线切割。锯切主要用于管材及型材切割，振动剪床及圆盘式剪板机用于厚度小于4毫米的薄板曲线和直线切割A平口剪切机两个刀片刃口都是水平B斜口剪切机主要用来剪切宽度较大的板料特点在于剪切时，上剪刀并不是全部刃口同时参加剪切，一瞬间只是一部分上刀片刃口倾斜，所以处于上刀片下面的材料在切割以后，将发生弯曲现象*QC11Y系列液压闸式剪板机机架、刀架采用整体焊接结构，振动消除应力，精度保持性好采用先进的集成式液压系统，可靠性好采用三点支承滚动导轨，消除支承间隙，提高剪切质量刀片间隙手轮调整迅速，准确，方便矩形刀片，四个刃口均可使用，使用寿命长剪切角可调，减少板料扭曲变形上刀架采用内顷结构，便于落料，提高了制件的精度。具有分段剪切功能机动后挡料，数字显示QC11Y32×3200*鳄鱼式剪切机氧乙炔切割氧乙炔切割原理利用氧乙炔火焰使被切金属加热到燃点，然后在一股纯氧气流中燃烧（猛烈氧化），并用高压氧流把燃烧形成的氧化物吹走，使金属分割成两块氧乙炔切割的特点和条件特点：可准确地切出直线、圆及复杂的形状，可用于加工焊接坡口。割缝光洁，割缝宽度一般可控制到2