第四節(jié)　焊接結(jié)構(gòu)件的材料彎曲成形與展開(kāi)計(jì)算

一、板材的彎曲

（1）預(yù)彎

板材的彎曲通常是在卷板機(jī)上完成的，卷彎時(shí)只有鋼板與上輥軸接觸的部分才能得到彎曲，所以鋼板的兩端各有一段長(zhǎng)度不能發(fā)生彎曲，這段長(zhǎng)度稱為剩余直邊。剩余直邊的大小與設(shè)備的彎曲形式有關(guān)，鋼板彎曲時(shí)的理論剩余直邊值見(jiàn)表1-3。

① 在壓力機(jī)上用通用模具進(jìn)行多次壓彎成形，如圖1-22（a）所示。這種方法適用于各種厚度的板預(yù)彎。

② 在三輥卷板機(jī)上用模板預(yù)彎，如圖1-22（b）所示。這種方法適用于δ≤δ₀/2， δ≤24mm，并不超過(guò)設(shè)備能力的60%。

③ 在三輥卷板機(jī)上用墊板、墊塊預(yù)彎，如圖1-22（c）所示。這種方法適用于δ≤δ₀/2， δ≤24mm，并不超過(guò)設(shè)備能力的60%。

④ 在三輥卷板機(jī)上用墊塊預(yù)彎，如圖1-22（d）所示。這種方法適用于較薄的鋼板，但操作比較復(fù)雜，一般較少采用。

（2）對(duì)中

對(duì)中的目的是使工件的素線與輥軸軸線平行，防止產(chǎn)生扭斜，保證滾彎后工件幾何形狀準(zhǔn)確。對(duì)中的方法有側(cè)輥對(duì)中、專用擋板對(duì)中、傾斜進(jìn)料對(duì)中、側(cè)輥開(kāi)槽對(duì)中等，如圖1-23所示。

（3）滾彎

各種卷板機(jī)的滾彎過(guò)程見(jiàn)圖1-24。

二、鋼板展開(kāi)長(zhǎng)度計(jì)算

當(dāng)彎曲件的板厚較小時(shí)，可直接按標(biāo)注的直徑或半徑計(jì)算展開(kāi)長(zhǎng)；但當(dāng)板厚大于1.5mm時(shí)，彎曲內(nèi)外徑相差較大，就必須考慮板厚對(duì)展開(kāi)長(zhǎng)度、高度以及相關(guān)構(gòu)件的接口尺寸的影響。板厚越大，對(duì)這些尺寸的影響也越大。考慮鋼板厚度而改變展開(kāi)作圖的圖形處理稱為板厚處理。

現(xiàn)將一厚板卷彎成圓筒，如圖1-12（a）所示可以看出纖維沿厚度方向的變形是不同的，彎曲后內(nèi)緣的纖維受壓而縮短，而外緣的纖維受拉而伸長(zhǎng)。在內(nèi)緣與外緣之間必然存在彎曲時(shí)，既不伸長(zhǎng)也不縮短的一層纖維，該層稱為中性層，中性層的長(zhǎng)度在彎曲過(guò)程中保持不變，因此可作為展開(kāi)尺寸的依據(jù)，如圖1-12（b）所示。

一般情況下，可以將板厚中間的中心層作為中性層來(lái)計(jì)算展開(kāi)料，但如果彎曲的相對(duì)厚度較大，即板厚而彎曲半徑小，中心層會(huì)被拉長(zhǎng)，計(jì)算出來(lái)的尺寸就會(huì)偏大，原因是中性層已偏離了中心層所致，這時(shí)就必須按中性層半徑來(lái)計(jì)算展開(kāi)長(zhǎng)了。中性層的計(jì)算公式如下：

R=r+kδ

式中　R——中性層半徑，mm；

        r——彎板內(nèi)彎半徑，mm；

        δ——鋼板厚度，mm；

        k——中性層偏移系數(shù)，其值見(jiàn)表1-2。

三、型材的彎曲

各種型鋼彎曲時(shí)的斷面變形見(jiàn)圖1-25。

1.手工彎曲

各類型材的手工彎曲法基本相同，現(xiàn)以角鋼為例。角鋼分外彎和內(nèi)彎兩種。 角鋼應(yīng)在彎曲模上彎曲。由于彎曲變形和彎力較大，除小型角鋼用冷彎外，多數(shù)采用熱彎，加熱的溫度隨材料的成分而定，必須避免溫度過(guò)高而燒壞。為不使角鋼邊向上翹起，必須邊彎邊用手錘錘打角鋼的水平邊，直到所需要的角度。

2. 卷彎

型鋼的卷彎可在專用的型鋼彎曲機(jī)上進(jìn)行。彎曲機(jī)的工作原理與彎曲鋼板相同，工作部分采用3或4個(gè)滾輪。型鋼也在卷板機(jī)上彎曲，卷彎角鋼時(shí)把兩根并合在一起并用點(diǎn)焊固定，彎曲方法與鋼板相同。

在卷板機(jī)輥筒上可套上輔助套筒進(jìn)行彎曲，套筒上開(kāi)有一定形狀的槽，便于將需要彎曲的型鋼邊先嵌在槽內(nèi)，以防彎曲時(shí)產(chǎn)生皺褶。當(dāng)型鋼內(nèi)彎時(shí)，套筒裝在上輥，如圖1-26（a）所示，外彎時(shí)，套筒裝在兩個(gè)下輥上，如圖1-26（b）所示，彎曲的方法與鋼板相同。

3.回彎

將鋼材的一端固定在彎模上，彎模旋轉(zhuǎn)時(shí)鋼材沿模具發(fā)生彎曲，這種方法稱回彎。

4.壓彎（又稱為頂彎）

在壓力機(jī)或撐直機(jī)上，利用模具進(jìn)行一次或多次壓彎，使鋼材成形。在撐直機(jī)上壓彎時(shí)，以逐段進(jìn)給的方式加以彎曲。由于兩支座間有一定的跨距，使型鋼的端頭不能支承而彎曲，為此可加放一墊板，隨同墊板一起壓彎，如圖1-27（a）所示。如果型鋼的尺寸高出頂頭，也可安放墊板進(jìn)行壓彎，如圖1-27（b）所示。

用模具壓彎時(shí)，為防止鋼材截面的變形，模具上應(yīng)有與型鋼截面相適應(yīng)的型槽。

5.拉彎

型鋼用普通方法彎曲時(shí)，在型鋼斷面的外層纖維產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)層纖維產(chǎn)生壓應(yīng)力。雖然此應(yīng)力值可以超過(guò)屈服極限δ_s，但卸載后型鋼內(nèi)層和外層纖維在相反的方向產(chǎn)生回彈（內(nèi)層纖維的彈性變形為正，外層纖維的彈性變形為負(fù)），因此回彈較大。

拉彎的特點(diǎn)是：制作精度較高，模具設(shè)計(jì)時(shí)可以不考慮回彈值。一般只要用一個(gè)凸模，簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)。此外，由于型材不存在壓應(yīng)力，所以不會(huì)發(fā)生因受壓而形成的皺褶，如圖1-28所示。

拉彎工作是在專用的拉彎設(shè)備上進(jìn)行。圖1-28為型鋼拉彎?rùn)C(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，它由工作臺(tái)、靠模、夾頭和拉力油缸等組成。

型鋼兩端由兩夾頭夾住，一個(gè)夾頭固定在工作臺(tái)上，另一個(gè)夾頭因拉力油缸的作用，使鋼材產(chǎn)生拉應(yīng)力，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)型鋼在拉力作用下沿靠模發(fā)生彎曲。

四、 圓鋼管彎曲料長(zhǎng)展開(kāi)計(jì)算

（1） 直角弧度彎曲料長(zhǎng)的展開(kāi)計(jì)算

如圖1-29所示，已知尺寸A、B、d、R，則展開(kāi)長(zhǎng)度應(yīng)是直段長(zhǎng)度和圓弧長(zhǎng)度之和。

展開(kāi)長(zhǎng)度為：

　　        （1-4）

式中　L——展開(kāi)長(zhǎng)度，mm；

        A——直段長(zhǎng)度，mm；

        R——內(nèi)圓角半徑，mm；

        d——圓鋼直徑，mm。

【例3】　如圖1-29（a）所示，已知A=400mm，B=300mm，d=20mm，R=100mm，求它的展開(kāi)長(zhǎng)度。

解：展開(kāi)長(zhǎng)度為

（2） 大弧度彎曲圓鋼管的展開(kāi)計(jì)算

如圖1-29（b）所示，已知尺寸R₂、d、β，則展開(kāi)長(zhǎng)度為：

或

　　        （1-5）

【例4】　如圖1-29（b）所示，已知尺寸R₂=400mm、d=40mm、β=60°，求圓鋼管的展開(kāi)長(zhǎng)度。

解：展開(kāi)長(zhǎng)度為

五、角鋼展開(kāi)長(zhǎng)度的計(jì)算

角鋼的斷面是不對(duì)稱的，所以中性層的位置不在斷面的中心，而是位于角鋼根部的重心處，即中性層與重心重合。設(shè)中性層離開(kāi)角鋼根部的距離為z₀，z₀值與角鋼斷面尺寸有關(guān)，可從有關(guān)型鋼材料表格中查得。

等邊角鋼彎曲料長(zhǎng)計(jì)算見(jiàn)表1-4。

【例5】　已知等邊角鋼內(nèi)彎，兩直邊l₁=450mm，l₂=350mm，角鋼外弧半徑R=120mm，彎曲角度α=120°，等邊角鋼為70mm×70mm×7mm，求展開(kāi)長(zhǎng)度L。

解：由相關(guān)資料查得z₀=19.9mm

【例6】　已知等邊角鋼外彎，兩直邊l₁=550mm，l₂=450mm，角鋼內(nèi)弧半徑R=80mm，彎曲角α=150°，等邊角鋼為63mm×63mm×6mm，求展開(kāi)長(zhǎng)度L。

解：由相關(guān)資料查得z₀=17.8mm

六、樣板檢驗(yàn)

1.樣板的種類

① 按使用周期分類。分為單件使用樣板、小批量使用樣板、大批量使用樣板。

② 按用途分類。分為生產(chǎn)用樣板、劃線樣板、下料樣板、靠試樣板、精密構(gòu)件樣板、實(shí)形樣板、檢驗(yàn)用樣板（分為非標(biāo)準(zhǔn)類和標(biāo)準(zhǔn)類）。

a. 非標(biāo)準(zhǔn)類樣板。如平面直線樣板、形位樣板、外徑尺寸樣板、內(nèi)徑尺寸樣板等。

b. 標(biāo)準(zhǔn)類樣板。包括靠試樣板，如檢測(cè)平面平面度和垂直度的直尺、彎尺及刀口尺等；中心樣板，如角度樣板、刀樣板等；螺紋樣板，主要用來(lái)檢測(cè)公、英制螺紋的螺距；圓弧樣板，主要用來(lái)檢測(cè)圓弧的直徑等，如外徑規(guī)、內(nèi)徑規(guī)，如圖1-30所示。

2.樣板的制作方法

樣板的制作方法為：劃線—打好中心沖眼—做好板厚度處理，預(yù)留加工余量—裁料—切削精加工—檢驗(yàn)。

3.樣板的使用及注意事項(xiàng)

① 使用樣板劃線時(shí)，應(yīng)將劃針與樣板邊緣向外、向前成30°傾斜角。

② 使用樣板檢測(cè)時(shí)，應(yīng)把檢測(cè)面與構(gòu)件被檢測(cè)部位貼緊，并且使檢測(cè)樣板整體與被檢測(cè)面垂直。使用實(shí)形樣板下料時(shí)，應(yīng)把紙板攤平在板料上，避免因褶皺變形引起下料不準(zhǔn)。

③應(yīng)愛(ài)護(hù)樣板，做到輕拿輕放，不得敲、打、擠、壓；使用后應(yīng)妥善保存樣板，注意防腐、防銹、防變形。