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2.2 手工矯正

鈑金構件在加工過程中會產生許多變形,例如,外力去掉后產生的回彈變形、材料相互牽制引起的內應力而產生的應力變形,熱處理產生的變形,原材料運輸、碰撞產生的變形和原材料本身不規矩產生的變形等。零件產生的變形如不加以矯正,則會影響整個鈑金構件的正確裝配,降低裝配質量,甚至影響構件的強度和使用壽命。

消除鈑金構件的變形加工統稱為矯正。矯正是對幾何形狀不合乎產品要求的鋼結構及原材料進行修正,使其產生一定程度的塑性變形,從而達到產品所要求的幾何形狀的修正方法。各種變形必須經過矯正處理才能進行后續的加工或裝配。矯正是鈑金加工中重要的基本操作之一。

常用鈑金矯正的方法有:手工矯正、機械矯正及火焰矯正三類。手工矯正主要用于消除成形后鈑金件形狀尺寸的缺陷或受生產加工設備限制無法用機械矯正的矯形,由于操作靈活,矯正效果好,成本低,在生產中應用廣泛;機械矯正一般用于金屬原材料及大型鈑金坯料(板料、型鋼等)的矯直、矯平;火焰矯正主要用于大型鈑金加工件的矯直、矯平,由于受加工場地及加工設備的影響很小,因此尤其適用于野外、非工作場地的作業。

手工矯正是使用手工工具(大錘或錘子)在工作平臺上捶擊工件的特定部位,通過對坯料進行“收”、“放”操作,從而使較緊部位的金屬得到延伸,最終使各層纖維長度趨于一致來實現矯形的。由于鈑金構件的材質、結構及變形產生的原因各不同,因此,其手工矯正的操作方法也有所不同。

2.2.1 薄鋼板手工矯正的操作技法

薄鋼板在運輸和產品制造的過程中,由于局部受力、高溫或長期露天不平整的存放,特別容易產生變形。薄鋼板的矯正是一項技巧性強,相對難度較大的操作工序。

矯正時,首先應根據薄板的變形情況,分析該變形是屬于何種變形,或是由哪些基本變形組合成的變形,在判明薄板的哪些部位松(纖維長)、哪些部位緊(纖維短)的基礎上,再進行后續的矯正操作。

1.“松”、“緊”的判斷

“松”、“緊”是冷作工對鋼板因局部應力不同出現了凹凸不平現象的叫法。習慣上,對變形處的材料由于伸長,呈凹凸不平的松弛狀態稱為“松”;對未變形處材料纖維長度沒變化,呈平直狀態的部位稱為“緊”。將“緊”處展松(捶擊緊處就起到放的作用)或“松”處收緊,取得松緊一致即可達到矯正的目的。

在矯正之前,應檢查鋼板的變形情況。鋼板的“松”或“緊”可以憑經驗判斷:看上去有凸起或凹下,并隨著按壓力的移動能起伏的區域是“松”的現象,而看上去較平的區域就是“緊”的現象。一塊不平的薄鋼板放在無孔的平臺上,由于它的剛性差,有的部位翹起,有的部位與平臺貼合。若薄板四周平整能貼合平臺,但中間凸起,就是中間松、四周緊;若薄板中間貼合平臺,周邊扭動成波浪形,則可判斷為周邊松。

有的鋼板變形,松緊處一時難辨,可以從邊緣內部的適當部位進行環狀錘擊,使其無規律的變形變成有規律的變形,然后再把緊的部位放松。當遇有局部嚴重凸起而不便放松四周的情況時,可先對嚴重凸起處進行局部加熱,使凸起處收縮到基本平整后,再進行冷作矯正。在矯正時,應翻動工件,兩面進行捶擊。

2.薄鋼板的矯正操作

薄鋼板變形的形式有薄板件中部凸起、邊緣呈波浪形和對角翹起等變形,如圖2-15所示。

圖2-15 薄鋼板的變形矯正

a)中間凸起 b)邊緣呈波浪形 c)對角翹起

圖2-15a所示為薄鋼板中間凸起的矯平。中間凸起說明薄板中間的纖維比其四周的要長,即通常所說的四周緊、中間松。凸起的部位形如具有一定吸水能力的薄紙中的潮濕部位,從一面看高出四周平面,凸出的邊緣部分處于緊繃狀態;從另一面看低于四周平面,其邊緣部分自然也是緊繃著的。只要將薄板各纖維長度矯至相對等長,即可達到矯平的效果。

手工矯正時,應用錘子錘擊板的四周,由凸起的周圍開始逐漸向四周錘擊,圖2-15a所示的箭頭表示錘擊的位置和方向,越往邊緣其錘擊的密度應越大,錘擊力度也越大,目的是使薄板凸起部分的四周周向纖維伸長并沿徑向成正比的變化,這樣,整個薄板的纖維長度趨于相同,則中間的凸起部分就會消除。若薄板表面有幾個相鄰的凸起處,則應先在凸起的交界處輕輕錘擊,使若干個凸起處合并成一片,然后再按前面所述方法錘擊四周而展平。

圖2-15b所示為薄板四周呈波浪形的矯平。這種變形說明薄板中間部分的纖維比四周短,即板的四周松而中間緊,形如中間浸水而干燥后的薄紙。手工矯正應從四周向中間逐步錘擊,如圖2-15b中的箭頭所示,且錘擊點的密度由四周向中間應逐漸增加,錘擊力度也加大,使中間處的纖維伸長,且整個薄板的纖維長度趨于相同,從而達到矯正的目的。

如果薄板發生扭曲等不規則的變形,如圖2-15c所示的對角翹起的變形,則說明在薄板的中間區域內有一片與翹起的對角線方向相垂直的拉應力區,且其拉應力方向為此應力區的長方向。由此分析,該薄板是因在拉應力方向纖維較之周圍纖維稍短而導致這種變形的。手工矯正時,應沿應力區方向的兩頭開始逐步向中間錘擊,使應力區在應力方向的纖維產生伸長變形,并使其與周圍的纖維趨于等長,從而達到矯正的目的。

對于上述的三種變形,一般還可以用拍板(又名甩鐵)進行拍打來進行矯正。拍板用厚3~5mm、寬度不小于40mm、長度不小于400mm的彈性較好的鋼板制成,拍板的具體尺寸視矯正板料的厚度和大小而定。

用拍板拍打變形區凸起(或為松弛)部位,目的是使受拍板拍打的材料纖維產生縮短變形而與周圍纖維長度趨于相等,從而達到矯正的效果。由于拍板的厚度遠大于薄板厚度,剛度又較大,同時能使材料張緊部分的纖維受壓伸長而得到矯正。由于拍板與被矯正的板料的接觸面大、受力均勻,所以無錘痕,矯正效率較高,但拍打對材料的變形量不是很大,只能適用于大面積的初矯。

3.矯正操作注意事項

在對薄板中間凸起的變形矯正時,切忌直接錘擊凸處。這是因為薄板的表面法向剛性差,錘擊時凸處被壓下,會使凸處的纖維因受擠壓而進一步變長,結果適得其反,凸起的現象將越加嚴重。

在矯正薄板時,無論是使凸起變形部位的較長纖維縮短或是使緊繃部位的較短纖維伸長,都應從其邊緣處逐步向變形中心連續、均勻地推進,矯形強度也逐步地增強,嚴禁從變形中心開始,這樣會導致更為復雜的變形,將給下一步矯平帶來困難。另外,切忌矯形強度無規律變化,使纖維的伸長或收縮不均勻的連片分布,給下一步的矯正增加困難,增大矯正的工作量。

2.2.2 非鐵金屬手工矯正的操作技法

鈑金零件所使用的非鐵金屬常見的為鋁合金和銅合金等,它們的力學性能都不太高。但為了盡可能地提高材料的加工工藝性,對于可通過熱處理強化的金屬,通常采用入廠為退火狀態的材料。

由于非鐵金屬錘擊后,易在其表面產生錘印,因此在對非鐵金屬薄板件進行矯正和成形時,多采用一種由中等硬度的厚橡皮板制成的橡皮條作為抽擊工件的矯正工具(又稱為抽條)。抽擊的目的是使工件上被橡皮條抽擊接觸部位的材料產生沿橡皮條長度方向的切向收縮變形。

1.平面薄板件的矯正操作

非鐵金屬具有良好的可加工性,其加工狀態下的硬度值較低且板厚較小,表面法向的剛性較弱。因此要使它產生變形容易,但要它整板平展卻是較難的事,稍有影響或不當,便會產生新的不平。所以對非鐵金屬薄板的矯正一定要心細、手輕并具備一定的操作技巧,應首先根據薄板的變形進行分析,找出它變形的區域和實質,然后再選擇合適的方法,選擇恰當的部位進行矯正。

在矯正時,要細觀察、慢動手,應在準確地判斷變形部位(其“松”、“緊”部位的判斷與上述的薄鋼板相同)的基礎上,再合理地選用矯正方法和矯正工具進行矯正操作。

平板件常見的變形為中間的鼓動和周邊的波浪形扭動。

(1)消除鼓動的矯正 鼓動的矯正操作如圖2-16所示。將產生鼓動變形的平板凸面向上平放在平臺上,略壓四角,使工件四周與平臺接觸。先用橡皮條抽擊整個板面,并使橡皮條蓋過鼓動區,使鼓動區的材料產生收縮(見圖2-16a)。此時,整個平板的鼓動程度有所減小,鼓動和非鼓動間的邊界有所模糊。

圖2-16 消除鼓動的矯正

a)橡皮條抽擊凸薄板 b)錘放四周

再用銅錘或鋁錘由內向外錘放鼓動的四周,錘擊點從鼓動區邊緣開始,選定一轉動方向并沿與鼓動邊緣線相切的方向循序進行。錘擊點越往外越密集,而且要盡可能均勻,目的是通過錘擊使材料產生切向伸長變形。錘擊點越密,使平板鼓動區外的材料錘放量越大;錘點越均勻,使平板錘放區的矯正效果越好,不會因錘放的不均勻而產生新的小鼓動(見圖2-16b)。

應該說明的是:上述對同一鼓動平板進行矯平的兩種不同矯正方法是相互配合進行的,至于哪一種方法要進行到哪一種程度,這要看平板的具體鼓動程度和鼓動區大小而定,但原則是:每一種矯正方法要最大限度地完成該方法所能達到的最大矯正量。對于鼓動程度較大的平板矯正,可以分步多次進行,每一組合矯正之間進行一次去應力退火。每一組合矯正的選用方法次序不變,即先鼓動區的橡皮條抽收,再錘放四周,直到符合矯正要求為止。

(2)消除四周松動的矯正 對于平板四周松動而導致的平板四周邊緣產生失穩,出現荷葉邊的波浪變形(見圖2-17a)可采用以下方法進行矯正操作。

圖2-17 用橡皮條抽擊四周

a)波浪變形 b)分解波浪 c)用橡皮條消波

先將荷葉邊的多個波浪分解成無數小波,即用銅錘或鋁錘沿松動邊錘擊(見圖2-17b),再把板反過來在平臺上用橡皮條抽擊(見圖2-17c),使平板四周松動部分材料產生收縮,從而減小平板大波浪處的凸起程度。將大波浪分解成無數小波浪,其目的是將多個大波浪曲面轉化成微觀彎曲但總體平整的曲面,以便于橡皮條抽擊,使平板在無數小曲面內產生收縮變形。

抽擊平板四周后,以平板松動區域內側為起點,由外向內進行錘放,如圖2-18所示,使材料產生環向延伸,這樣可以減少因四周松動而導致的整體不平度。進行中心區錘放時,其錘擊點越往內越密集,這樣才能保證平板整體矯正的均勻度。

圖2-18 由外向內錘放

同消除鼓動的矯正一樣,上述的對于同一消除四周松動的兩種不同矯正方法也是相互配合進行的。對于較大松動程度的矯正也可參照消除鼓動的方法進行。

(3)消除平孔周邊松動的矯正 對于帶平孔的平板,其孔周圍發生松動的變形,矯正方法如圖2-19所示,即應用橡皮條沿著孔的邊緣切向抽擊孔的周邊,使材料排開達到矯正的目的。

圖2-19 橡皮條收孔周

對于松動嚴重的孔周,可以把平板放在橡膠墊上用銅錘錘擊四周邊緣凸起處,使材料收縮,達到平板矯正的效果(見圖2-20)。其矯正原理是當錘擊孔周凸起邊緣時,由于平板和橡膠墊間的靜摩擦力作用,孔周凸起部分在錘擊力和橡膠墊的反力共同作用下產生壓縮變形,使孔周達到矯平的效果。

圖2-20 在橡膠墊上收孔四周

(4)消除加強孔周“發緊”變形的矯正 對于孔周具有翻邊等加強孔的平板,由于在板料的翻邊孔周殘存著較復雜的殘余應力,如有通過孔軸線徑向平面內的彎矩、有沿翻邊口切向的壓應力等,因而導致了翻邊圓角外半徑處的凸起發緊變形和平面外緣的松動變形。為消除這些變形,一般將零件彎邊朝下放在模具上或彎邊朝上放在平臺上,用銅錘錘放孔的四周(見圖2-21),使孔口四周材料內分布的殘余拉應力改變為殘余壓應力,并使孔周各點應力“松散”,表面趨于平整。其他部分用橡皮條抽擊,使外緣部分材料產生收縮變形,達到矯平的目的。

圖2-21 錘放加強孔四周

a)彎邊朝下的應力松散 b)彎邊朝上的應力松散

2.矯正操作注意事項

橡皮條抽打法可以使薄平板材料產生收縮,達到矯平的效果。但由于薄平板和橡皮條在相接觸瞬時的靜摩擦力大小是有限的,這就要求被矯正材料的屈服強度應較低,即使是非鐵金屬,也必須是在“M”(退火)狀態下進行矯正。

選擇在平臺上錘放時,被錘放的板材部分下面一定要墊實,切勿懸空。所使用的錘子應選用硬度較軟的材質制成,如銅錘、鋁錘或硬木錘、橡皮錘等,避免在薄板表面上出現錘痕。有時還可在薄板矯正處墊一平板,然后錘擊該平板予以矯正。

在錘放時,一定要細致分析,選點準確,操作果斷。矯正工作并不是工作量越大越好。倘若選點不正確,則可能會越矯越差,無效操作越干越多,同時還會引起平板的內應力增多,造成材料厚度嚴重不均。這不僅使成本增加,而且嚴重地影響產品的質量。

在平臺上細化或分解平板四周或孔四周邊緣起伏較大的波浪變形時,一定要在待細化的起伏板和平臺之間墊上一定硬度的橡膠墊,并使用硬度不高的銅錘或硬橡皮錘錘擊大波浪的凸起處,在橡膠墊對工件向上的反作用力、對稱于凸波的摩擦力以及錘擊力的共同作用下,使凸波處三受力點之間的材料發生壓縮變形,降低凸波高度,甚至使大的凸波產生下陷變成兩個高度較低的凸波。此時切記不能將工件直接放在平臺上,用硬質錘子錘擊凸波,這是由于工件和平臺間的摩擦力是有限的,凸波處三受力點間的材料不但不能發生收縮變形,而且凸波處三受力點在局部載荷作用下,甚至在錘子和平臺間的直接錘擊下使受錘擊的材料因受擠壓而產生減薄變形,反而使板產生延伸而增大波浪不平。

應該說明的是,上述非鐵金屬各類變形的手工矯正操作技法同樣適用于薄鋼板的手工矯正操作。

2.2.3 厚鋼板手工矯正的操作技法

由鋼錠通過熱軋而成且厚度在4mm以上的鋼板統稱為厚鋼板。通常又把厚度為4~25mm的鋼板稱為中板,25mm以上的鋼板稱為厚板,超過60mm的厚板稱為超厚板。鋼材在軋制過程中,可能產生殘余應力而變形。由于金屬良好的塑性和厚板較大的橫向剛度,相鄰各部分之間伸長率的差異所導致的相互作用以及鋼板在加工過程中內應力分布的變化,都會導致厚鋼板變形。常見的厚鋼板變形有厚鋼板中間凸起變形和慢彎變形。

厚鋼板的矯正方法很多。手工矯正是在常溫下進行的冷矯正,由于會產生冷作硬化現象,因此僅適用于矯正塑性較好的鋼材。對于變形十分嚴重或脆性很大的鋼材(如合金鋼及長時間放在露天生銹的鋼材等塑性較差)不能用冷矯正,而應用熱矯正。熱矯正是將鋼材加熱至700~1000℃的高溫進行矯正,當鋼材彎曲變形大,鋼材塑性差,或在缺少足夠動力設備的情況下才應用熱矯正。

1.厚鋼板的矯正操作

一般說來,產生厚鋼板中間凸起變形的鋼板,其板厚通常不會太厚,變形區材料的纖維比周圍材料的纖維有所伸長,并且沿板厚方向大致相同。對于厚鋼板中間凸起的變形,手工矯正的方法是:將鋼板放在工作平臺上,使凸起處朝上,如圖2-22所示。在變形區上表面施加一定的壓力(也可使用壓力機等),由于周圍材料具有平面方向較大的剛度,此時,變形區材料的受力狀態如同拱形梁受橫向載荷,會使纖維產生縮短變形,從而達到矯平的效果。對于這種變形,變形區域越小、板越厚,這種矯正方法的矯正效果就越明顯、可靠。對于較薄些的厚板,可以在變形區域上墊上墊板(此時使用墊板的目的是避免因較大的錘擊力使鋼板表面產生錘印),用錘子直接錘擊凸起處,使凸起處的纖維產生相同的變形而達到矯平。

圖2-22 厚鋼板中間凸起的矯正

對于厚板中間凸起較大的變形,由于變形區域材料纖維伸長變形過大,變形區域周圍的材料剛性減小,當同前面一樣施加壓力時,變形區的纖維僅有限地縮短而貼向平臺,使變形區周圍的材料向外撐移。原凸起的變形區雖然緊貼了平臺,而四周的材料因周向有限的伸長卻向上翹起,造成新的變形,如圖2-23b所示。因此,較好的矯正方法是:先用火焰矯正的點加熱法(見圖2-23a)使中間凸起的纖維產生一定的收縮,使凸起的高度降低,把較大面積的凸起分割成若干個小面積的凸起,再應用手工矯正法,將各個小的凸起變形一一矯平而達到整個厚板的平整。

圖2-23 厚板中間凸起較大變形的矯正

a)加熱點的分布和加熱秩序 b)消除波紋

當厚鋼板產生慢彎變形時,矯正的方法如圖2-24所示,即先將變形的鋼板放在工作平臺上,使凹面朝上,并把墊鐵條放在厚鋼板的凹面上(見圖2-24a),采取錘擊鋼板凹面的方法,使墊鐵沿圖2-24b中箭頭S的方向等距離的移動。用較小的力量錘擊墊鐵,由于上表面和鐵條接觸的面積較小,在錘擊作用下產生的擠壓應力則較大,凹面的纖維組織逐漸伸長,使原凹面產生反方向變形,從而達到矯正的效果。

圖2-24 厚鋼板慢彎的矯正

a)矯正時厚板的放置 b)錘擊矯正

2.矯正操作注意事項

對于板較厚、變形區域不大的中間凸起變形,由于其彎曲剛度較大,在較大的外載作用下所產生的變形僅含較小的彈性變形,變形效果較顯著,因此適宜用較大載荷的矯正方法,在有較大壓力設備的情況下,盡可能使用設備來施力,以減少操作者的勞動強度,否則可以使用墊板,用大錘直接錘擊鋼板的凸起處。

對于厚度不大的鋼板或是變形區尺寸比其厚度大得多的厚板,由于其彎曲剛度不是很大,在外載作用下,雖然能產生一定的變形,但其中包含一定量的彈性變形,因而始終難以達到平整的矯正效果。如果錘擊次數過多,因厚板瞬時受到平臺和大錘的沖擊,反而使材料纖維產生伸長變形,使上凸的變形更加嚴重。此時,應先采用火焰加熱法使上凸變形程度減小,將大范圍變形變成若干小區域的小上凸變形,然后再運用前述的矯正方法將厚板的上凸變形得到矯正。

對于厚板的各種彎曲變形,倘若厚度較厚,變形區也較大,還是先應采用熱矯正法將變形量減小,將大區域變形分解成若干小區域變形,再采用手工矯正。

對于任何較復雜的厚板變形,首先應能正確分析其變形的原因及變形的部位,對各處變形的矯正,要學會根據具體情況靈活運用各種矯正的方法。

在冷矯正中常要使用大錘,打錘的落錘點要準,錘印要正,以免造成鋼板表面有明顯的錘印而影響其表面質量。當需錘擊力較大時,應適當加墊墊板。

持錘時不允許戴手套操作,以免打滑,使錘子飛出造成事故和危險。使用大錘前應檢查錘柄和錘頭是否松動,是否有裂紋,錘頭上是否有卷邊或毛刺。如果有上述缺陷必須修好后方可使用。

2.2.4 型材手工矯正的操作技法

與其他鈑金材料一樣,鈑金加工所用的型材(通常為角鋼、槽鋼等)以及板制異型材在生產加工過程中也易發生變形,因此也需進行矯正。對于不同的型材,其手工矯正操作方法也不相同。

1.角鋼類彎曲件的矯正操作

角鋼類彎曲件分為板制角鋼和熱軋角鋼,前者是根據鈑金構件的需要,用鋼板壓制而成的角鋼(以下簡稱板制角鋼),后者是用鋼錠直接熱軋成各種規格的角鋼型材(以下簡稱角鋼)。由于角鋼類彎曲件具有兩垂直邊外形,且往往長度較長,所以容易發生各種變形,常見的變形有外彎、內彎、扭曲、單面不平和角變形等多種形式(見圖2-25)。

圖2-25 角鋼類彎曲件的變形

a)外彎 b)內彎 c)扭曲 d)單面不平 e)角變形

由于軋制方法和截面尺寸的不同,上述兩種角鋼的力學性能有較大的區別,因此它們的變形以及變形的矯正方法也有所不同。

(1)角鋼的矯正操作 角鋼的彎曲變形是最常見的,矯正時可選擇一合適的鋼圈,將角鋼置于鋼圈上,并使其彎曲處凸部向上,彎形區介于鋼圈的兩支承點之間,用錘子錘擊角鋼立彎邊凸部,使其發生反向彎曲而達到矯正。

1)角鋼外彎的矯正。矯正角鋼外彎時,角鋼的側彎邊應平放在鋼圈上,此時,角鋼的立彎邊垂直于鋼圈端面,凸部朝上。錘擊時為了不致使角鋼翻轉,錘柄應稍微抬高或放低α角(50°左右),并在錘擊的一瞬間,除用力向下打擊外,還稍帶有向內拉(錘柄后手抬高時)或向外推的力(錘柄后手放低時),具體視錘擊者所站立的位置而定,如圖2-26a所示。

2)角鋼內彎的矯正。矯正角鋼內彎時,應將角鋼背面朝上,角鋼的立彎邊垂直于鋼圈支承端面,然后錘擊矯正。為了不使角鋼在敲擊時翻轉,錘擊時錘柄后手高度也應略作調整,如圖2-26b所示,圖中α約為50°,并在打擊瞬間稍帶拉力或推力。

圖2-26 角鋼彎曲的矯正

a)角鋼外彎 b)角鋼內彎

3)角鋼扭曲的矯正。矯正扭曲的角鋼時,可直接對產生扭曲變形的角鋼施加與扭曲變形方向相反的扭矩,使其產生反方向變形,達到矯正的效果。其實施方法是將角鋼一端用臺虎鉗夾持,用扳手夾持另一端并作反方向扭轉,如圖2-27所示。待扭曲變形消除后,再用錘擊法對角鋼邊進行矯平修整。

圖2-27 角鋼扭曲的矯正

4)角鋼角變形的矯正。當角鋼發生角變形時,若角度大于90°,矯正時應將角鋼置于V形槽鐵內,用大錘錘擊外傾部分來矯正;或將角鋼邊斜立于平臺上,用大錘錘擊,使其夾角變小,如圖2-28a、b所示。錘擊時,應從角鋼的一端頭開始,這樣易矯正,而且觀察效果明顯。矯好部分逐步移出平臺外,當移出部分超過全長一半時,應將角鋼掉頭,從角鋼的另一端頭開始矯正,直至全長均矯準。

圖2-28 角鋼角變形的矯正

a)、b)角鋼夾角大于90°的矯正 c)角鋼夾角小于90°的矯正

角鋼角變形小于90°時,矯正方法是將角鋼仰放于平臺上,然后在角鋼的內側墊上型錘再錘擊(見圖2-28c),使其角度擴大。

5)角鋼單面不平的矯正。當角鋼發生單面不平的變形時,一般采用將不平邊平放在平臺上進行錘擊的方法矯正。錘擊時,交叉選擇不平面和直立邊。

6)角鋼發生組合變形的矯正。如果角鋼同時出現大小不同的幾種變形,應先矯正變形較大的部位,然后矯正變形較小的部位;如果角鋼的變形是上述這些基本變形中的幾種變形所組合的變形,也就是說,角鋼的變形同時包含有上述的幾種變形,正確的矯正順序是扭曲變形的矯正、角度的矯正、彎曲的矯正和單邊不平的矯正。由于在各種矯正中可能因矯正方法的限制或操作的不當而產生新的變形,該循環可能多次進行才能達到矯正要求。

(2)板制角鋼的矯正操作 板制角鋼與角鋼相比,由于其厚度薄、折彎角處的各種剛度遠低于角鋼,這就導致板制角鋼易發生變形,其變形的矯正又較明顯地表現出鈑金的加工特點。

1)板制角鋼扭曲的矯正。矯正扭曲時,由于板制角鋼扭轉剛度小,對于小型制件,只要用手反扭就能得到較顯著的矯正效果。加載時應在扭曲件的兩端自制一簡單的截面夾具,由于夾具具有一定的剛度,在施加扭矩時,不會導致板制角鋼兩端的截面發生畸變;對于剛性較大的板制角鋼扭曲變形的矯正,可以借用圖2-27所示的方法在臺虎鉗上用扳手扭正。由于板制角鋼剛性比熱軋角鋼小,加載扭矩時,若動作不協調,會使板制角鋼產生新的彎曲變形,甚至使制件失穩而產生更大更復雜的變形。

2)板制角鋼彎曲的矯正。當板制角鋼發生內彎變形時,應將發生立彎的面貼放在平臺上,從彎曲最嚴重的內緣處開始逐步錘放,由于板制角鋼單邊的寬厚比較大,板厚又較小,內緣的錘放對內彎的矯正效果也就較明顯。與此同時,還應交叉矯正另一直角邊的不平,直至板制角鋼兩邊均平直,如圖2-29a所示。

當板制角鋼發生外彎變形時,應將發生立彎的面貼放在平臺上,并在側彎邊與鉛直擋面間用規鐵加墊,用木尖頂著折彎的內彎邊向鉛直擋面錘擊,一方面使折彎處縱向纖維因受錘擊而伸長,另一方面是對發生立彎的邊施加橫向載荷,使立彎邊產生反變形而矯正。要注意的是,木尖角度應比零件角度小半度,木尖的半徑尺寸與彎制角鋼內半徑尺寸相一致,木尖的寬度為其厚度的2~3倍為宜,如圖2-29b所示。

圖2-29 板制角鋼的彎曲矯正

a)內彎的矯正 b)外彎的矯正

3)板制角鋼角變形的矯正。當板制角鋼角變形的角度偏大時,如圖2-30a所示,將角鋼開口朝上仰放在V形槽上,用木尖R部位頂住角鋼內R部位進行排擊,使其產生角度減小的矯正。排擊一般從其一端部開始,逐步向中部延伸。矯正時,事先應做個角度樣板,供矯正時頻繁地使用。

圖2-30 角度的矯正

a)角度減小 b)角度增大

對于較長的板制角鋼角度偏大變形的矯正,可按圖2-29b所示,但應撤去墊塊,將角鋼的兩個面緊靠平臺面和后面的垂直擋面,按圖2-29b所示的方向進行錘排,使角鋼得到角度減小的矯正。

當板制角鋼的角度偏小時,可將角鋼的兩內表面外切于圓鋼,在圖2-30b所示的外力作用下,角鋼的兩個邊有繞頂點轉動的趨勢,因而有將角度增大的矯正效果。

4)板制角鋼單面不平的矯正。由于板制角鋼折彎線的伸長或縮短變形導致折彎線或折彎線兩旁的兩個平面的失穩變形稱為板制角鋼的不平變形,如圖2-31所示。圖2-31a所示為折彎線縮短而導致的變形,圖2-31b所示為折彎線伸長而引起的變形。它們變形的共同特點是板制角鋼的兩個平面都產生了彎曲不平。矯正時,應首先檢查兩平面與平臺的貼合度。若是中間空,即為圖2-31a所示的變形;若是兩端空,則是圖2-31b所示的變形。

對于圖2-31a所示內變形的矯正,方法之一是借用圖2-29b所示的方法,交替對兩面進行彎曲的矯正;方法之二是借用圖2-30a所示的V形槽,將角鐵開口向上,用小于角鋼夾角的木尖直接頂著角鋼的內R部位折彎線逐步錘排,使其軸向伸長而達到矯正的目的;方法之三是設法使板制角鋼的外緣纖維產生短縮的變形,如收縮機收邊變形,火焰矯正的收邊變形。對于圖2-31b所示的變形,常用的矯正方法是交替對其兩邊的外緣進行錘放,使其外緣纖維產生伸長變形,當折彎線和兩邊的外緣纖維產生相同的變形時,板制角鋼就得到矯平、矯直。

圖2-31 矯平彎邊

a)折彎線縮短的變形 b)折彎線伸長的變形

最后,當彎邊局部還有不平時,可用手在平臺上輕輕按壓板面,找出不平點后逐點排除。

(3)矯正操作注意事項 單彎邊件的截面形狀和尺寸特征決定了它的易變形的特點,同時也決定了操作者不需施加大的外載就可達到矯正的目的。

在矯正時應注意的是:必須使用剛性平面夾具施加扭矩,尤其是對于板制角鋼,否則會產生加扭端的截面畸變或局部的不平和彎曲。手工矯正時,錘放點在矯正區域內要均勻分布,切勿過于集中,以免導致局部材質硬化,甚至產生裂紋。另外,在進行錘放矯正時,工件下面一定要墊實,嚴禁角鋼直邊單面受力,避免產生不平或影響錘放效果。工件的兩個面要正反錘擊,以免產生局部材料硬化和影響表面質量。錘放的敲擊點要合理、準確、有效,點數盡可能少。所使用的錘子材質應比鋼軟,如采用銅錘、鋁錘和硬木錘等。

2.槽鋼的矯正操作

槽鋼截面是由腹板和與腹板連接在一起的相對稱的兩翼板構成。與角鋼相比,槽鋼的剛度要大得多,所以矯正起來比較費力,但由于槽鋼截面為對稱結構,因此槽鋼的變形要比角鋼的變形稍簡單些。

槽鋼的變形有立彎、旁彎和扭曲等幾種,如圖2-32所示。槽鋼在腹板平面內的彎曲稱為立彎,在翼板方向的彎曲稱為旁彎。由于腹板高度尺寸比翼板的寬度尺寸大,所以槽鋼發生旁彎變形的可能性要比立彎大,而且從矯正變形的角度看,槽鋼立彎變形的矯正要比其旁彎變形矯正的強度要大得多。

圖2-32 槽鋼的變形

a)立彎 b)旁彎 c)扭曲

(1)槽鋼變形的矯正操作 由于勞動強度的原因,槽鋼變形的手工矯正只能用于尺寸較小的槽鋼,而大尺寸的槽鋼必須用機械方法才能矯正。

1)槽鋼立彎變形的矯正。槽鋼立彎變形矯正時,可將槽鋼置于用兩根平行圓鋼組成的簡易矯正臺上,并使凸部向上,用大錘在腹板所在的平面內錘擊,錘擊力如圖2-33箭頭所示,這樣可使錘擊力通過腹板從上部傳至下部。由于槽鋼的腹板和翼板的結合處圓弧過渡具有較大的局部剛度,這樣就可以防止翼板受錘擊而產生局部變形。

圖2-33 槽鋼立彎變形的矯正

2)槽鋼旁彎變形的矯正。槽鋼旁彎分外彎和內彎。外彎的矯正方法是將槽鋼的翼緣上凸部朝上(見圖2-34),置放在兩根平行圓鋼組成的簡易矯正臺上,用大錘間斷而對稱地錘擊兩翼板的外緣,使兩翼板的立彎變形得到矯正,隨之其腹板的側彎變形也易得到矯正,這樣槽鋼的整體外彎就得到矯正。

圖2-34 槽鋼外彎變形的矯正

當槽鋼有內彎變形時,若槽鋼的內彎變形是較大長度內的小彎曲變形,則可將槽鋼臥放在平臺上,沿兩翼板的立面在腹板的兩側用大錘進行錘擊,使翼板的立彎變形得到矯正,如圖2-35所示。錘擊時可能要掉轉槽鋼,如圖2-34所示,對其局部的反方向彎曲進行矯正。翼板的側彎變形矯正了,槽鋼的整體變形也就得到了矯正。

圖2-35 槽鋼內彎變形的矯正

如果槽鋼的內彎變形是小范圍的較大程度的凸起變形,則以火焰矯正為宜,因過多地敲擊會導致截面的畸變,對表面質量帶來不利的影響。

3)槽鋼扭曲變形的矯正。矯正槽鋼扭曲變形時,首先將槽鋼斜置在平臺上,使扭曲翹起的部分伸出平臺外,然后用卡子將槽鋼壓住,錘擊伸出平臺部分翹起的一邊,使其反向扭轉,邊錘擊邊使槽鋼向平臺內移動(見圖2-36a中S方向),然后再掉頭進行同樣的錘擊,直至矯直為止。

圖2-36 槽鋼扭曲變形的矯正

a)冷矯正 b)熱矯正

槽鋼的扭轉一般是和彎曲伴隨產生的,這樣就增加了矯正的難度。圖2-36b所示為槽鋼的兩翼板不同程度的立彎而導致的槽鋼彎曲和扭轉的組合變形。其通常采取的矯正方法為:在相同長度的兩翼板上根據扭曲程度劃出不等數量的火焰加熱點,立彎變形大的翼板加熱點可多些,反之少些。火焰加熱時,兩翼板上的加熱點盡可能同步加熱完,使兩翼板同時產生矯正變形,如果選點和操作得當,通過一次加熱就能得到滿意的矯正效果。最后再適當地進行手工矯形,就能完全消除原有的變形。

4)槽鋼其他變形的矯正。如圖2-37a、b所示,當槽鋼翼板發生局部變形時,可用大錘抵住槽鋼凸起部位緊鄰的平整部分,或將整個大錘橫向抵住外凸的后面,然后用另一大錘錘擊凸起部位的外表面,使翼板上的彎曲纖維因受縱向壓縮而矯直,翼板平面得到平整。

圖2-37 槽鋼翼板變形的矯正

a)用大錘垂直抵住翼板 b)用大錘橫向抵住翼板 c)翼板凹陷的矯正

如果翼板上有局部的凹陷,可將翼板平放,使變形翼板貼放在平臺上,用大錘錘擊凹陷的凸出面,直接將局部凸出變形消除(見圖2-37c)。對于翼板向內的局部凹陷,因大錘不便直擊施力,可設法借用頂鐵或其他較長的工具使變形凸處間接受力而得到矯平。

(2)槽鋼矯正操作的注意事項 槽鋼截面是由較寬的腹板和相對腹板對稱分布的兩翼板構成。立彎變形的矯正關鍵在于腹板立彎的矯正,側彎變形的矯正關鍵在于兩翼板立彎的矯正,兩翼板不等的立彎變形導致槽鋼的扭曲變形。對槽鋼任何變形的分析和矯正方案的選擇都應從這點出發。

由于槽鋼翼板的寬度遠小于腹板的寬度,因此,槽鋼在翼板寬度方向因彎曲剛度小而易產生旁彎變形,同時,因剛度小,旁彎變形也是槽鋼變形中較容易矯正的變形。對于任何較復雜的槽鋼變形,其變形矯正順序是:扭曲→立彎→旁彎。

在對槽鋼矯正時,還應注意:由于翼板外緣的板厚尺寸較小,兩直角棱的強度較低,在沿其板面平行方向錘擊矯正時,因接觸面積小易使翼緣和棱邊產生局部損壞。因此,在對這兩部分施力時最好墊上一定寬度的頂鐵或適用的型錘,使這兩部分不直接與錘接觸,令其受力均勻分散,減小擠壓應力,避免留下錘印。應禁止用錘子直接敲擊受力處。

3.框板類構件的矯正操作

用薄板料壓制成的在某一平面內具有一定力學性能的框形零件稱為框板類構件。框板類構件按形狀可分為條形、環形和隔框類。框板類構件的主要組成部分是腹板和緣板。由于不同的框板構件成形方式不同,特別是緣板的成形方式不同,材料纖維的伸長和縮短不一致,因而導致了各種框板類構件會有不同的變形。如條形框板的彎曲度、腹板平面的不平及扭曲、緣板角度的增大回彈等;環形框板的腹板翹曲及緣板角度的增大回彈;隔框(或大型框板)框板的腹板不平(扭曲和緣板外形不準等變形)。

(1)框板類構件的矯正操作 框板類構件屬薄板成形件。由于是薄板制件,其局部剛性較小。一般對框板類構件的局部變形,可以直接矯正變形處,而對于某些較大的變形,一定要對與它相關聯的部分進行綜合分析,尋找原因。

1)條形框板類構件的矯正操作。圖2-38所示為條形框板類構件的變形與矯正。當條形框板有曲率偏大(即圓弧半徑偏小)的變形時(見圖2-38a),其矯正方法是將條形框板的腹板貼放在平臺上,用一定寬厚比的條板沿著框板內緣彎邊線均勻地排擊,從而使內緣線附近纖維伸長,曲率得到減小。

圖2-38 條形框板類構件的矯正

a)曲率減小的矯正 b)曲率增大的矯正 c)腹板中間懸空的矯正 d)腹板端頭翹起的矯正 e)彎邊角度的矯正

當條形框板有曲率偏小(即圓弧半徑偏大)的變形時(見圖2-38b),其矯正方法是將條形框板的腹板貼放在平臺上,用與前同樣的條板沿著框板外緣彎邊線均勻地排擊,使外緣線附近纖維伸長,并使其曲率得到增大。

當條形框板有腹板平面局部懸空不平的變形時(見圖2-38c),應將框板的腹板貼放在平臺上,并在局部懸空的變形區兩端各墊一薄板,用一寬度小于框板內擋寬度的墊塊墊放在變形區上,使上面墊塊的兩邊緊靠框板的兩緣,用錘子進行敲擊,從而使上凸的兩緣矯平,然后撤去兩薄墊板,仍用原墊塊并錘擊,使腹板的不平區消除。

當條形框板有腹板端頭翹起造成腹板不平的變形時(見圖2-38d),可將條形框板兩緣的內側墊放在一墊鐵上,沿著兩緣的邊緣均勻地錘擊,使邊緣纖維產生伸長變形,從而使腹板平面得到矯正。

當條形框板有彎邊角度回彈的變形時(見圖2-38e),可用錘子直接敲擊角度增大變形的邊緣,或用一墊塊緊貼框板彎形線,用錘敲擊兩緣的外緣或兩緣彎形線的根部,使變形的兩緣緊貼墊塊,從而得到角度矯正的效果。

2)環形框板類構件的矯正操作。由于環形框板的緣板為垂直于腹板的封閉形薄板,它與腹板組成一個具有較大剛度的薄板結構,其一部分的變形和應力分布必將影響到另一部分的應力分布乃至產生變形。

當環形框板的腹板有翹曲不平的變形時,如圖2-39a所示腹板左右兩邊上翹,采用的矯正方法是:將環形框板凹口向下,上翹的兩邊分置在平臺邊緣的兩邊,用左手將環板的左邊緊貼在平臺上,用右手將環形框板的右邊下壓,使其緣板產生彎曲變形,隨之使腹板得到矯平,再將環形框板凹口朝上,用腹板貼靠平臺,如圖2-39b所示那樣用頂塊沿彎形線內緣錘排(主要是左右兩側的結合處),目的是消除剪應力和拉應力,適當增加彎形線附近的壓應力。當腹板如此矯正后,應對緣板左右半結合處進行適當的矯正,并使矯正后的變形部位盡量減少殘余的拉應力。當環形框板內外環有超出的形狀變形時,可將圓木段夾于臺虎鉗上,將構件小于外形處懸掛在圓木上,用錘子錘擊變形的對應位置,使外形達到要求,如圖2-39c所示。也可如圖2-39b所示將環形框板凹口朝上對緣板的角度進行矯正(見圖2-38e),同樣也可達到外形矯正的效果。

圖2-39 環形框板的變形與矯正

a)腹板翹曲的手工矯正 b)錘排矯正 c)矯正內框板

3)大型框板件的矯正操作。圖2-40所示為大型框板件(也稱隔框類),從其結構上看有翻邊而成的緣板、加強孔和增強平面剛度的加強窩(又稱局部成形結構),在緣板上還開有結構要求的缺口和避讓連接零件的下陷結構。對于這種較復雜的結構件,熱處理后必然產生各種翹曲和不平的變形,常見的有缺口的彎邊放松擴張、加強窩減輕孔收縮拉緊、平孔周邊松弛、平面扭曲、凹彎邊曲率變大等。

大型框板件的矯正過程是:將熱處理后產生變形的構件(見圖2-40a)放在模具上,先用橡皮條抽拍腹板平面部分,使其與模板大致貼合。用非鐵金屬錘或硬木錘敲排加強窩、減輕孔周邊根部(為了不致錘傷這些結構,可用墊塊墊著敲擊)。敲擊的目的是消除拉應力,增加壓應力。然后將構件反面向上置放在另一模具上(見圖2-40b),用非鐵金屬錘或硬木錘錘展減輕孔、加強窩根部的周圍,或用非鐵金屬墊塊頂擊這些部位。再用橡皮條均勻抽打腹板平面至平整,若發現腹板有鼓動扭曲,應按平板件矯正的方法來排除。由于翻邊成形時凹彎邊處材料的伸長變形最大,因此,再將構件如圖2-40a所示置放于模具上,用錘子均勻錘放凹彎邊,使材料放松直至符合外形樣板。

圖2-40 大型框板件的矯正

a)正面 b)反面

(2)框板類構件矯正操作的注意事項 框板的主要結構要素是腹板和緣板,不管腹板上有何局部結構(如平孔、加強孔、局部成形),腹板的平面至少有一面是平整的。不管緣板上有何缺口和局部成形結構,緣板總是和腹板平面垂直的。因此,對于任何變形的矯正都必須在平臺上進行。對于較復雜的大型框板,都應借用模板來矯正,使構件的矯正和正確形狀接近,嚴禁脫模矯正,否則,過多無效的矯形將會使構件變形加劇,造成難以收拾的畸變。較簡單的框板矯正時,腹板應與平臺面一直貼放在一起,腹板及彎形線纖維的錘放都要以平臺為實墊,敲擊時被敲擊部分一定要墊實,嚴禁空敲,否則不但不能改變纖維長度,往往還會產生新的不平。

在進行大平面的矯正時,應將平的那面貼向模具或平臺,不平面朝上,這樣才能便于橡皮條的抽拍矯平,同時腹板被矯正部分應和模具平面相貼,不應懸空,以便于敲擊錘放,或避免在橡皮條的抽拍下產生新的凹陷不平。當被敲擊部分面積不大或要求較準確時,可用頂塊對準被敲擊區。

對于框板大面積的翹曲變形,可先對其反變形方向施加扭矩,使其原變形程度減小,然后再用錘擊法進行細致的矯正,直至符合圖樣的要求。

為保證框板的外表質量和形狀的準確度,忌用較硬材質的錘子或墊塊直接與工件表面接觸,避免產生痕印;不易施加外力的腹板與框緣結合處的矯正,一定要用形狀相吻合的材質較軟的墊塊或器具間接傳力于矯正處,避免由于施力的不準確和各部位的相互干擾而破壞矯正效果。

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