薄壁钢结构（共12篇）
薄壁钢结构 篇1
1 工程概况
本工程建筑主楼结构176.23m, 加上39m的薄壁钢管构成空间屋顶钢结构, 屋顶结构外边线距地面205.23m。钢结构屋顶用的钢管结构中, 面积最大的300mm*18mm, 最小的60mm*9mm。钢管间用相关焊接, 整个钢结构总重426000千克。整个建筑结构形状为“三脚凳”形, 3个支脚均为倒锥形, 整个结构靠11根铸钢件支撑。
工程特点和难点为: (1) 吊装问题。屋顶管桁架内部在屋顶结构设计方案发生改变后无法满足吊装要求。 (2) 风荷载影响。主楼结构高176.23 m, 屋顶钢结构高达39 m, 高空风荷载影响严重。 (3) 吊装测量要求高。钢结构屋顶吊装封闭前是不稳定的, 且同一个节点有数根杆件, 因此吊装测量需要十分注意。 (4) 施工阶段结构稳定至关重要。由于屋顶结构高度高41 m, 且屋顶结构四周无结构依靠, 在屋顶结构吊装封闭前都是铰接连接, 整个结构不稳定, 加重施工难度。 (5) 脚手架搭设难度高。
2 钢结构安装工艺研究
2.1 确定方案和技术路线
本案例最后施工方案是:采用钢管桁架构成“三脚凳”形的空间结构。最后决定的设计方案中采用的屋顶结构构件为薄壁钢管, 但是, 由于结构的复杂性和安全性, 结构构件的面积都不大, 最大的约1350~1400m2, 因此需要刚管杆件很多, 最多达两千多根。屋顶钢结构用钢管相贯连接, 因此很多钢管是连接相交在一点, 最多时13根杆件交汇在一点。如果现场安装存在很大困难, 经过研究决定在先在工厂进行预拼。考虑到整体提升存在较大问题, 因此用分块吊装施工。建模后通过和设计方沟通协调, 本工程施工技术路线是:用分块吊装法由K5/50B塔吊完成3个支脚和支脚间联系桁架, 使结构封闭后再在结构上装QM18、QW6屋面吊, 拆除K5/50B塔吊后, 剩余钢管构件散件吊装 (见图1) 。分块吊装即按设计方案将屋顶钢结构分成若干块进行预制和拼装, 然后进行吊装。分块吊装和散件吊装相比有一定优点:一、减少高空作业量, 提高校正精度, 同时相对安全;二、减少脚手架的搭设, 减小对屋面荷载影响。分块吊装时须用脚手架进行稳定, 分块吊装过程钢结构和脚手架交替上升, 互为依靠, 脚手架相对于散件吊装更简化, 需要脚手架更少。
2.2 测量
屋顶需要杆件很多, 纵横交错空间内很难有位置放置测量仪式, 由于脚手架阻挡, 在屋顶结构底部也不是架设测量仪器的好位置, 无法直观进行刚测定位。有人提出将测量仪器设在脚手架上, 但工人走动和吊装构件时会因震动影响测量。若跟普通工地一样用经纬仪和垂准仪无法满足钢构件安装校准要求, 建模计算结果显示, 此项目所在地风速较大, 施工中整个构件最大弹性将达57mm, 工程施工中对构件定位至关重要。经勘测现场数据, 施工方决定测量所有控制点和周线, 修正后在大屋面上建控制网, 将结构中所有横向构件投影到屋面, 和相关控制轴线进项测放。分块吊装时要保证11根竖向主弦杆垂直度和标高偏差在控制要求内。底部空间与控制线偏差通过控制网设定来控制;通过设在核心筒内塔的专用测量台及参照11根向主弦杆与控制轴线间绝对偏差关系来控制上部结构构件与11根竖向主弦杆间相对偏差值。经设计方案不断优化, 本工程最终吊装偏差位移控制在5mm内。
3 临时支撑体系研究
据测量计算结果, 初步审计脚手架规模:根据脚手架高度高过结构主体原则, 脚手架设计高度40m, 脚手通道4道;12m高四管立竿底部、18m高双管立竿中部以及12m高上部。
本工程风荷载参数设置是根据本工程有关数据和要求且通过MIDAS软件进行建模计算, 规模按50年一遇标准设计。通过以上计算结果, 经专家论证确认, 对脚手架设计方案进行优化, 结果是:脚手架改为39m;15m高四管立竿底部、7m高双管立竿中部及19m高上部 (见图3) 。
根据优化后脚手架搭设方案, 再次进行MIDAS结构计算。计算结果符合设计受力要求 (最大轴力33.8k N、最大位移36.1mm) 。优化不是最终实施结果, 因为施工过程中, 我们根据遇到具体情况又进行优化, 且根据优化情况计算, 在建模计算基础上减少相应部位脚手架。
4 施工阶段结构分析
屋顶钢结构从3个支脚 (标高+184.65m) 到第1道相互连通水平桁架 (标高+218.7m) 间距34m, 且支架间缺少稳固支撑, 自身刚度不够支撑整体对支架产生的变形。钢结构屋顶底部是铰接形式, 造成屋顶结构稳定得不到保证。因此屋顶钢结构吊装前要通过结构建模, 分析每一施工状态的结构体系, 满足结构分块吊装施工可行性。
抗风荷载结构建模结果分析, 单脚手架固定作用和屋顶钢结构自身的相互依靠作用是不够的, 须增加抗风支撑。但是39m的钢结构屋顶只有12m的可附着核心筒是不够的, 根据施工顺序, 抗风支撑拆除时, K5/50B塔吊已拆, 剩下的QM18、QW6屋面吊起重半径不能满足覆盖全工程现场要求, 因此抗风支撑连接点选择很重要。考虑以上情况, 同时满足结构建模计算结果允许条件下, 共设置16根抗风支撑, 抗风支撑一端铰支于混凝土核芯筒外壁, 另一端铰支于竖向钢桁架内侧面 (标高+201.20m) , 抗风支撑选用Φ400mm×10mm钢管。此方案效果良好, 设置抗风支撑很好的解决了结构不稳定问题, 抗风支撑拆除的便利证明了抗风支撑的大小和节点设计是正确的。
5 塔吊拆除工艺研究
从本工程特点出发, K5/50B塔吊拆除采用置换法, 即等K5/50B塔吊安装QM18屋面吊, 在待拆除K5/50B塔吊后安装QW6屋面吊来拆除组装QM18屋面吊。这个拆除方案中, 关键点是M18屋面吊, 只有设置合理科学, 后续工作才能顺利进行。以下是两个方案的讨论结果:
方案一:首先确定时QM18屋面吊须安装在距K5/50B塔吊中心16m半径内, 而它的有效起重高度必须超过K5/50B塔吊A架高度。根据施工路线, K5/50B塔吊无法先拆, 因此要尽可能多次使用K5/50B塔吊, 为此QM18屋面吊安装在核心筒东侧。但是QM18屋面吊有效高度不够, 需设计支架来使其有足够有效高度。此方案有个缺点, 就是在拆除K5/50B塔吊时, 由于屋顶钢结构限制, 没有办法在整个巴干拆卸下来, 须进行高空分节拆除, 有危险性;同时K5/50B塔吊回转台拆除时, 起重高度受屋顶钢结构限制, K5/50B塔吊在拆除巴杆后需自降约6m后才能拆除, 同样安全度较低。
方案二:为解决方案一的危险性, 采用在把QM18屋面吊设置在屋顶钢结构自身结构上, QM18屋面吊起重高度就不会受屋顶钢结构限制, K5/50B塔吊巴杆可整体拆除, 不用高空分节拆除, 避免危险性。但是屋顶钢结构是薄壁弱抗风结构, 如果把QM18屋面吊设置在屋顶钢结构自身结构上, 需增加屋顶钢结构加固量, 且K5/50B塔吊起重高度无法满足QM18屋面吊组装要求。为计算加固量, 我们把QM18屋面吊载荷加入模型中, 得出计算结果是:桁架要在+213.8m外围全部安装、焊接完后才进行QM18屋面吊安装。
根据计算结果将QM18、QW6屋面吊机安装在钢管桁架自身结构上如图5。
考虑到K5/50B塔吊最后一次爬升时由于K5/50B塔吊有效起重高度无法满足标高+225.7m的结构安装 (差3.1m) , 也就不能满足标高+225.7m之上的QM18屋面吊组装。想过增加一个爬升附着支架以增大爬升梁间距来满足组装要求, 但是这增加一个爬升需要加大相应位置核心筒加固量, 且要占去部分脚手架面积, 对脚手架受力不利。经讨论论证, 决定先在爬升梁下增加1道过梁 (高1.4m) , 将K5/50B塔吊的吊钩 (3.2m) 拆除, 用小车加装钢丝绳和卸扣替代吊钩, 使K5/50B塔吊前一次爬升后的起重高度满足QM18、QW6屋面吊底座的安装。再改变QM18、QW6屋面吊常规的安装顺序, 先人工安装好QW6屋面吊, 再由QW6屋面吊组装QM18屋面吊。
结语
本工程屋顶钢结构施工时间通过优化施工顺序和方法比合同工期提前17天完成, 总计安装时间不到四个月。通过方案优化, 脚手架使用过程中最终脚手架钢管用量比原方案节约150吨, 连同脚手架架拆、租赁费用一共节约26万元。本工程安装过程用屋顶钢管桁架自身结构, 省去用于加固的钢材料12吨, 价值约6万元。对今后类似的钢结构工程施工有积极借鉴作用。
摘要：本文以某工程为例, 阐述对钢结构安装工艺、临时支撑体系、施工阶段结构以及塔吊拆除工艺的研究, 总结施工过程得到的经验, 最终本工程是圆满完工。
关键词：高层建筑,薄壁钢结构,支撑,安装
参考文献
[1]冯振源.超高层建筑中薄壁结构安装工艺研究[D].期刊论文.建筑施工, 2013.
[2]徐飞飞.整体薄壁结构件残余应力预测与铣削加工变形研究[D].大连理工学, 2010.
薄壁钢结构 篇2
计算结构构件和连接时，规定的强度设计值应乘以下列相应的折减系数，
1平面格构式檩条的端部主要受压腹杆：0.85；
2 单面连接的单角钢杆件：
1）按轴心受力计算强度和连接0.85；
2）按轴心受压计算稳定性0.6+0.0014λ；
注：对中间无联系的单角钢压杆，λ为按最小回转半径计算的杆件长细比，
3 无垫板的单面对接焊缝：0.85；
4 施工条件较差的高空安装焊缝：0.90；
5 两构件的连接采用搭接或其间填有垫板的连接以及单盖板的不对称连接：0.90。
薄壁零件加工方法研究 篇3
【关键词】薄壁零件；加工变形；工艺措施；误差补偿；高速切削
薄壁零件通常也叫薄壳零件，这类零件的壁厚和它的轴向或径向尺寸比较相差很悬殊，一般认为零件的壁厚与零件最大尺寸比值小于1/20时，就属于薄壁零件。由于这类零件具有重量轻，节省材料，结构紧凑，占空间位置少等特点，因此在机械、航空航天、船舶等很多领域中有较广泛的应用。当然这类零件的加工方法有多种，例如车削、冲压、焊接、滚压等，但对于一些截面比较复杂而尺寸精度和表面粗糙度要求又比较高的薄壁零件，经常采用车削的方法来加工，因此车床上车削加工薄壁零件是一种很重要很普遍的加工方法。
在实际车削加工过程中，由于薄壁零件的毛坯刚性差、强度弱，所以容易发生变形，导致零件的几何精度、位置精度、表面质量等受到影响，易保证零件的加工质量，给车削加工带来一定的困难。因此如何提高薄壁零件的加工精度，减少加工变形，保证产品合格率是业界内越来越关心的话题。因此对薄壁零件切削过程中的常见问题及解决方法作如下讨论。
1.工件装夹不当产生变形
薄壁零件在夹紧力的作用下容易产生变形，影响工件的尺寸精度和形状精度。车削时为了方便，常采用三爪自定心卡盘装夹工件，如图所示，用三爪自定心卡盘装夹薄壁圆柱零件外圆加工内孔时的示意图。当卡爪夹紧工件时，由于卡爪和工件外圆表面间的接触面太小，导致夹紧力分布不均匀，在夹紧力的作用下，工件与卡爪接触的部位产生弹性变形，使零件呈现出三棱形如图1。三棱形内孔经过车削加工为圆柱孔后，不松开卡爪测量孔的尺寸，完全能符合零件图所规定的尺寸要求如图2。但由于内孔的加工是在工件已产生弹性变形的状态下车出来的，加工完毕松开卡爪后，卸下的工件外圆因弹性变形恢复成圆形，而已加工出的圆柱孔则变成三棱形，如图3所示。
同理用一般三爪卡盘的卡爪涨紧薄壁件的内孔加工外圆表面时，也会出现类似的变形情况。
为避免出现这种情况，可用措施如下：
1.1采用开口过渡环
根据工件的外径做一个开口过渡环，将其装配在工件在外面，三爪卡盘直接和过渡环接触夹紧，而工件则通过开口过渡环来夹紧，这样夹紧力也就均匀分布在极大的工件接触面上，可避免工件的装夹变形，如图4所示。
1.2采用专用卡爪
专用卡爪也就是软卡爪，采用软金属材料并加大接触面，工件夹紧时夹紧力就能较均匀地分布在较大的工件接触面上，可有效地避免装夹变形。使用软卡爪装夹薄壁零件是一种即简便又行之有效的装夹方法，软卡爪可根据工件的实际情况做成不同的形状。为提高定位精度，在使用卡爪前，应使其在夹紧或涨紧状态下，根据工件尺寸对其定位基面精车一刀，使它和工件定位基准尺寸一致，如图5所示。
1.3变径向夹紧为轴向夹紧
由于薄壁零件径向刚性比轴向差，为减少夹紧力引起的变形，当工件结构允许时，可采用轴向夹紧的夹具，以改变夹紧力的方向，如图6所示。
1.4增加套类薄壁件毛坯刚性
在零件的夹持部分增设几根工艺肋或凸边，使夹紧力作用在刚性较好的部位以减少变形，等加工终了时再将肋或凸边切去，如图7所示。
2.切削力引起变形
当刀具切入工件挤压被切削金属时，材料内部晶粒变形，分子之间产生滑移，形成材料与晶粒之间的内摩擦。当切屑形成后，它又沿着刀具前面排出，切屑和刀具前面之间、刀具后面和工件加工表面之间形成外摩擦。内、外摩擦力在切削过程中作用在刀具上，阻止刀具进行切削，形成切削抗力即切削力。它是由几个分力组成的空间力，为便于分析计算，一般将其分解为相互垂直的三个力：主切削力、径向切削力和轴向切削力。
径向（轴向）切削力使刀具在切削过程中产生径向（轴向）反作用力，使工件产生弹性变形和振动。若工件不同部位刚度不同，则在切削加工时产生的弹性变形也不同，使刀具实际切去的材料厚度不同，最终导致工件产生变形。
例如工件两端刚度好，越靠近中间刚度越差，则在径向切削力的作用下，越靠近中间产生的弹性变形越大，即“让刀”越严重，致使刀具在两端切去的金属多，中间切去的金属少，则加工的工件呈现中间厚，两端逐渐减薄的曲面形状。
轴向切削力同样由于工件从中心到外径处刚度的不一致，产生不同的弹性变形，最终导致工件端面不再是一个平面而呈现一个凹心面或凸肚形状。
在实际切削加工过程中，切削力是必然存在不可消除的，但可以采取有效措施来改变切削力的大小，从而减小工件因切削力而产生的变形量，提高加工质量。对切削力有影响的因素有很多，主要归纳为几下几方面：
2.1刀具的几何参数
2.1.1前角
在一定范围内，切削力随前角增大而减小。因为前角的大小，决定着切屑变形情况和切屑与刀具前面的摩擦情况，若前角增大会使切屑变形和摩擦均减小，切削力减小。但前角不能太大，否则会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况差，磨损加快，所以，一般车削钢件材料的薄壁零件时，用硬质合金刀具，前角取 5～20°，粗车时取小值，精车时取大值。
2.1.2后角
一般情况下，切削力会刀具后角的增大而减小，因为后角决定着刀具后面与工件切削表面之间的摩擦力大小，后角大，摩擦力小，则切削力减小。但后角也不能太大，否则会引起刀具强度减弱等不良后果。在车削钢类薄壁件时，硬质合金刀具后角取2～12°，粗车时取小值，精车时取大值。
2.1.3主偏角
刀具主偏角 在30～60°时，主切削力随主偏角的增大而减小；主偏角在75 ～90°时，主切削力随主偏角的增大而增大；通常主偏角在60～75°时，主切削力较小。此外，主偏角的增大，使轴向切削力增大，径向切削力减小。车削套筒类薄壁零件的外圆表面时，取大的主偏角。
2.1.4刃倾角
刃倾角的变化，对主切削力的变化不大，但对轴向、径向切削力的影响却很大。实验表明，当刃倾角增大时，使轴向切削力增大，径向切削力减小。
2.2切削用量的选择
车削过程中，背吃刀量和进给量增大时，切削面积将增大，导致切削力增大。但当切削面积相同时，增大进给量比增大背吃刀量对切削力增大的影响要小。所以，粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些，背 吃 刀 量 一 般 在 0.2～2mm，进 给 量 一 般 在0.2～0.35mm/r：精加工时，背 吃 刀 量 一 般 在 0.2～0.5mm，进 给 量 一 般 在0.1～0.2mm/r 甚至更小。
当切削速度大于50m/min时，随着切削速度的增加，前刀面上的摩擦系数减少，剪切角增大，变形系数减小，切削力将减小。因此粗车时要选用50～80m/min，精车时用尽量高的切削速度，可选用60～120m/min，但不易过高。因此在切削加工时，需合理选用三要素才能有效减少切削力，从而减少变形。
3.切削热引起变形
在车削过程中，由于切屑变形和切屑、刀具、工件间的摩擦，产生大量的热，它传到刀具上使刀具的硬度降低，加速刀具的磨损，使工件加工表面光洁度降低，它传到工件上，使工件产生热变形。使用切削液能够吸收并带走切削区域大量的热量，减小工件因热变形产生的误差，切削液还能渗透到工件和刀具之间，减小摩擦并冲走吸附在刀具和工件上的细小切屑。因此合理地使用切削液能减小切削力，提高刀具耐用度，提高加工表面质量，使工件不受切削热的影响而产生变形，保证加工精度要求。车削钢类薄壁零件时，一般建议使用乳化液，而工件表面质量要求高时使用矿物油较好。
4.振动影响精度
车削薄壁工件时，变形与振动相互影响，使工件变形加剧，影响工件加工精度。虽然振动不可能完全消除，但采取必要的措施可以减少振动。
（1）调整车床的主轴、刀架、床鞍等运动部件的间隙，使其处于最佳运转状态，加强工艺系统自身的刚度。
（2）使用吸振材料。
用软橡胶片、橡胶软管、泡沫塑料等吸振材料，填充或包裹工件后进行车削，有减振甚至消振的作用。薄壁工件内孔精加工完毕后，精车外圆前可将预先准备好的软橡胶片卷成筒状，塞入工件孔内，当工件旋转时，在离心力的作用下橡胶片将紧贴孔壁，能阻尼减振并防止振动的传播，若薄壁工件的外圆已完成精车，需继续精加工内孔时，可将软橡胶胶管均匀地绕在工件外圆上，也能获得较少振动的效果。
（3）远离振源。
车削中途发生振动应立刻停止，先用降低主轴转速、减小背吃刀量、增大进给量的方法消除振纹。然后对刀具几何角度是否合格，工艺系统刚度的好坏等进行仔细检查，无误后重新开始车削。
5.工艺路线的拟定
薄壁零件由于本身刚度差，易变形，因此其工艺过程可划分为粗车、半精车和精车三个阶段来拟定工艺路线。在粗车中产生的误差和变形可以通过半精车和精车给予修正，并逐步提高零件的精度和表面质量，得到合格产品。
在考虑工艺路线时还应重视热处理的安排。在毛坯形成后，粗车前之前应安排人工时效处理，这可消除毛坯制造过程中产生的残余应力，为粗车减少变形量。在粗车后，精车前，必须再安排 一次或多次时效处理，以消除粗加工时产生的应力。对于提高工件表面硬度、改善工件表面力学性能的淬火、渗碳淬火等热处理通常安排在半精加工和精加工之间。
6.薄壁零件新型加工方法
6.1误差补偿技术
薄壁零件的数控加工技术是现代制造企业的核心技术，误差补偿技术应用于薄壁零件加工是通过分析各种不同的误差来源及变化规律，建立适当的误差模型进而有效克服切削力变形、热变形等数控机床加工误差因素的影响，提高零件加工精度。其中南京航空航天大学何宁教授提出的刀具偏摆数控补偿工艺，基本思想是通过建立受力模型、变形模型及数控补偿模型得到数控补偿方案，是使用有限元分析法，模拟分析切削加工时变形的大小，在数控编程时通过刀具偏摆，让刀具在原运动轨迹基础上按变形程度附加连续偏摆，补偿因变形而产生的让刀量，实现一次清除让刀残余材料，使薄壁零件壁厚精度得以保证。从而保证加工精度。数控补偿工艺需配备高精度五轴数控机床，适用于高端制造行业，如航天航空加工中。
6.2高速切削加工技术
高速切削是当今制造业中一项快速发展的新技术，一般认为应是常规切削速度的5～10倍。在工业发达国家，高速切削正成为一种新的切削加工理念。切削温度、切削力通常随切削速度升高而升高，但超过一定范围后，反而随切削速度的升高而下降，如图8所示。所以高速切削薄壁零件具有以下优越性：
（1）高速切削时，由于采用极小的切削深度和很窄的切削宽度，因此和常规切削状态下的切削力相比至少可减小30%，所以在加工薄壁、薄板类零件时可减小加工变形，易于保证零件的尺寸精度和形位精度。
（2）高速切削时由于切削热的95%将被切屑带走，工件温度升不高，工件的热变形小，这对于减小薄壁、薄板类零件的变形非常有利。
（3）由于工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感，而高速切削时，刀具切削的激振频率很高，远离了零件结构工艺系统的低振频率范围，不会造成工艺系统的受迫振动，从而避免切削振动，实现平稳切削降低了表面粗糙度，使加工表面非常光洁，可达到磨削的水平。
（4）高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高5-10倍，单位时间材料切除率可提高3-6倍，加工效率得到很大提高。
图8 高速切削区概念
超高速机床是实现超高速切削的前提条件和关键因素，因此机床制造难度大，刀具和计算机辅助设计生产软件等技术含量高，价格昂贵，投资很大，目前国内的高速切削水平和国外相比还有较大的差距。
本文介绍薄壁零件常见种类及特点，分析了薄壁零件在加工中较易出现的一些问题并提出了相应解决方法，希望在实际生产加工过程中能有一定的借鉴性。另外对薄壁零件高精度、高效率加工的几种新型方法作了简单的阐述，虽然这些技术在国内加工水平还不够成熟，但只要我们紧跟世界各种先进切削技术发展步伐，加强对薄壁零件加工方法及工艺技术的研究，肯定会缩小与发达国家的制造能力上的差距，使各种先进制造技术得以推广发展。
【参考文献】
[1]邹积德.机械制造工艺与夹具应用[M].北京.化学工业出版社，2010，7.
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新型冷弯薄壁型钢住宅结构的应用 篇4
关键词：冷弯薄壁型钢,多层住宅,结构体系
0前言
近年来,冷弯薄壁型钢结构体系在欧美、澳洲、日本等国得到广泛的应用,主要用作3层以下的别墅住宅、公寓及其它民用房屋。冷弯薄壁型钢房屋结构源于传统的木结构房屋,从住宅产业化、环保、抗震防灾、加速房屋建造周期等因素考虑,轻钢结构房屋住宅有广阔的市场和前景。
我国在建设部大力推行钢结构住宅政策的推动下,不少房屋公司也开始引进这类冷弯薄壁型钢结构体系。北新房屋有限公司在北京、山东等地建造了一批采用新日铁工法的薄板轻钢房屋(见图1),并制定了公司标准;上海美建公司、上海绿筑住宅系统科技有限公司建造了一批代表北美体系的冷弯薄壁型钢结构住宅别墅;博思格来实住宅部、钢之杰有限公司也在四川拟建一批轻钢住宅试点工程。中国工程建设标准化协会(CECS)正在编制冷弯薄壁型钢结构体系的设计标准“低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程”。总体来讲,我国冷弯薄壁型钢房屋结构体系尚属于起步和发展阶段。
1低层冷弯薄壁型钢房屋的结构体系
冷弯薄壁型钢结构作为承重体系应用于住宅建筑中,一般适用于3层以下的独立或联排住宅,墙体立柱间距一般为400~600 mm,上、下导轨与楼面之间设有抗剪连接件。
冷弯薄壁型钢与同样截面积的热轧型钢相比,可提高其截面力学特性指标(如惯性矩、面积矩)。这表明用冷弯薄壁型钢作承重骨架,用较少钢材可取得较大的承载力。构件强度高、自重轻,且截面尺寸小,有利抗震和增加房屋使用面积。
组合墙体是承担竖向荷载和水平荷载的主要构件,由冷弯薄壁型钢墙体骨架、外墙结构面板(OSB板、带肋钢板等)和内墙板(石膏板等)通过自攻螺钉连接而成,如图2所示。墙体骨架由上、下导轨和立柱(卷边C形截面)通过自攻螺钉连接而成,边立柱往往采用双柱,并在边立柱下端设有抗拔锚栓连接件。
承担竖向荷载的冷弯型钢构件设计方法已经比较成熟,国外有相应的设计规范,而结构的水平抗剪承载力主要依赖于试验研究,其设计方法还有待进一步的探讨。低层冷弯薄壁型钢结构横向荷载主要来源于建筑物外表面风压力的水平分量和水平地震作用。在低层冷弯薄壁型钢住宅结构中,侧向力抵抗体系由屋面、楼面和墙体(剪力墙)组成,即整个房屋各组合体均参与横向荷载的传递。住宅结构的横向荷载路径[1]为:作用在外墙墙面上的风荷载与作用于整体房屋结构上的地震荷载通过屋面板和楼面板传给与荷载平行的墙体,最后由墙体传给基础。
2低层冷弯薄壁型钢结构的关键技术问题
屈服强度345 MPa以上、厚度2 mm以下的高强超薄钢板作为一种新材料,加工成型的冷弯薄壁型钢在国内已经开始生产和推广使用。GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢设计规范》仅适用于承重构件板材厚度2 mm以上的Q235及Q345钢材,对强度更高且厚度在2 mm以下的结构设计尚无条文可依。
2.1结构抗震
我国很多地区都有抗震设防的要求,考虑到冷弯薄壁型钢板材高强度、低延性的特点,在国内进一步推广应用时整体结构的抗震性能是个关键性问题。目前国内外对冷弯薄壁型钢龙骨式结构体系抗震性能方面的研究还相对较少,主要采取试验研究和理论分析相结合的方式。
从国内外的研究[2,3,4]来看,尚没有关于冷弯薄壁型钢整体结构公认的抗震设计方法,故还没建立精确完善的分析模型。正在编制的《低层冷弯薄壁型钢建筑结构技术规程》(征求意见稿)基于国内完成的足尺模型结构振动台试验研究,提出了水平荷载效应的分析方法。水平地震作用效应的计算采用底部剪力法,参考“盒子”式结构的分析,在建筑结构的2个主方向分别计算水平荷载的作用。一个主方向的水平荷载应由该方向抗剪墙体承担,可根据其抗剪刚度大小按比例分配,并应考虑门窗洞口对墙体抗剪刚度的削弱作用。地震作用下抗剪组合墙体的水平侧向刚度由试验荷载-转角滞回曲线的骨架曲线确定,多遇地震作用下抗剪组合墙体的水平侧向弹性变形限值取为1/300层高。
结构抗震性能与结构布置的规则性有很大关系,住宅钢结构常见的布置不规则,主要是平面不规则,如平面L形等。结构布置不规则,地震时易损坏,因此,应尽量使结构布置符合规则性的要求。
2.2结构抗风
低层冷弯薄壁型钢房屋结构的表面风荷载体系基本可采用GB 50009—2006《建筑结构荷载规范》标准。轻型钢结构屋面的体型往往比较复杂,《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》(征求意见稿)中建议,对于轻钢结构的复杂体型房屋屋面(见图3),其风荷载体型系数可按照分区的规定确定,纵风向时屋顶(R)部分的风载体形系数取-0.8,其余部分应按GB50009—2006标准采用。该条文中纵风向坡屋顶的体型系数是综合了欧洲荷载规范、澳洲荷载规范后给出的。
W—迎风墙;U—迎风坡屋顶;S—边墙;R—纵风向坡屋顶;L—背风墙;D—背风坡屋顶
对承重外墙体,横向风荷载可按GB 50009—2006标准规定的风荷载取用;对承重内墙体,横向风荷载可取室内房间气压差,室内房间气压差参照澳大利亚规范可取0.2 k Pa。承重墙体的墙体面板、支撑和墙体立柱通过螺钉连接形成共同受力的组合体,墙体立柱不仅承受由屋盖桁架和楼盖梁等传来的竖向荷载,同时还承受垂直于墙面传来的风荷载引起的弯矩,其受力形式为压弯构件,应按压弯构件的相关规定进行强度和变形验算。
3建筑问题
3.1建筑性能
我国消费者比较熟悉的结构体系是传统的木结构、砖混结构和钢筋混凝土结构,而对于钢结构较为陌生。由于钢结构建筑大量采用轻型屋面材料和新型墙体材料,其突出特点是“轻”。而我国的购房者可能首先会关注结构的安全性,即结构是否坚固、是否足以阻挡外人入侵和自身财物的安全等。
此外,轻型冷弯薄壁型钢住宅结构体系,其隔声效果较传统的砖混结构或钢筋混凝土结构差。房间铺设地毯原本会起到良好的隔声效果,但我国家庭极少在所有房间都铺设地毯,而大多都采用木地板或地砖。
3.1.1保温隔热
低层冷弯薄壁型钢房屋的保温、隔热应满足相关现行国家标准的规定。各类建筑的节能设计,必须根据当地具体的气候条件,并考虑到不同地区的经济、技术和建筑结构与构造的实际情况。
外墙保温隔热可采用在墙体空腔中填充纤维类保温材料或在墙体外铺设硬质板状保温材料的方式。保温材料宽度应等于或略大于轻钢龙骨间距,厚度不宜小于轻钢龙骨高度。
屋面保温隔热可采用保温材料沿坡屋面斜铺或在顶层吊顶上方平铺的方法。采用后一种式时,在顶层墙体顶端和墙体与屋盖系统连接处,应确保保温材料、隔汽层和防潮层的连续性和密闭性。
3.1.2防潮和防腐蚀
低层冷弯薄壁型钢房屋的防潮设计,主要是为了防止由于空气渗透、雨水渗透、水蒸气渗透及不良冷凝结露等造成的建筑物内部的不良水气积累,以确保建筑物达到预期的耐久年限,并提高建筑物内部的空气质量。外墙及屋顶的外覆材料应符合国家或行业标准规定的耐久性、适用性以及防火性能。在外覆材料内侧及结构覆面板材外侧,应设置防潮层,其物理性能、防水性能和水蒸气渗透性能应符合设计要求。
轻钢住宅的骨架由薄壁构件组成,构件采用镀锌或镀铝锌薄钢板,防锈性能好,减少结构维修护理费用。根据建筑物建造地点、环境不同,型钢镀锌量要求也不同,锌层厚度决定房屋构件使用寿命。根据英国钢铁公司对不同地区、不同环境的15栋轻钢住宅跟踪取样的测试结果:轻钢镀锌构件锈蚀率3年平均不到0.1μm,也就是说,8μm厚镀锌冷弯薄壁型钢构件在正常使用条件下,使用寿命可达240年。而一般住宅的设计寿命仅50年。
3.1.3防火
我国部分地区的消防设施相对比较落后,因而防火规范对消防的限制很严。按照我国的防火规范,即使是低层住宅结构体系,也要求耐火极限达到2.5 h以上,而一般冷弯薄壁轻型钢结构房屋的耐火极限只有1.5 h。因此,为了满足对建筑耐火极限的要求,我国钢结构建筑传统的防火做法是采用防火涂料、发泡防火漆或外包防火板等措施,也有通过加厚墙体石膏板而达到延长耐火极限的方法。这些方法本质上是一种火险发生后避免因建筑主体结构破坏而引起重大财物损失的措施,防火成本过高。
近两年,工程界已有人在进行呼吁,希望对因防火标准的过严限制而导致整个轻钢建筑市场的成本增加量与平均火灾率下的总损失量进行统计分析和比较,以区别对待薄壁型钢建筑的防火要求。
3.2建筑造价问题
目前,制约住宅消费的主要因素是价格和质量。与砖混结构和钢筋混凝土结构相比较,钢结构体系总体造价较高。虽然钢结构的综合经济效益高,整体性能优于其它结构体系,但按照目前我国居民的收入水平,此类住宅体系主要还是面对中、高收入阶层。由于轻钢结构住宅体系的开发刚起步,尚在摸索之中,天津、北京、上海等几个较大的住宅产业化探索基地,示范工程单位面积造价与砖混结构基本持平,但在缩短工期,增加有效使用面积,适应现代化生活的需要,减少污染等方面综合经济效益较好,随着构件的标准化、工程化的进程,单位面积的造价有望低于或等于砖混结构。
3.3向多层建筑发展的可行性分析
目前,冷弯薄壁型钢房屋体系采用的墙体构造,对承受和传递3层以下的住宅或公寓等房屋的水平荷载而言是可行的,但对5~6层是否可行,是值得关注和研究的问题。
多层以下轻钢房屋体系的结构形式,最主要差别是抗侧力结构不同,房屋层数越多,其作用的水平荷载越大,房屋的抗侧力结构要求越高。冷弯薄壁型钢房屋体系的墙体上、下是不连续的,各层楼板将墙体分成各层自身的墙体段,为了传递屋面、各层楼面传来的水平荷载,并由墙体一层层传至基础,在各层不连续墙体之间设置了专门的附加连接件,如抗拔锚栓、抗剪螺栓等。通常这些连接件使上、下不连续的墙体连接成整体,并如同传统剪力墙的作用一样,承受并传递作用于房屋的水平风荷载和地震作用,起到整体建筑抗侧力体系的作用。这是这类房屋结构体系由低层改为多层后,安全可靠与否的关键部位。由低层改为多层冷弯薄壁型钢房屋体系,墙体的抗侧力构造必须作适当的改进和增强,以承受和传递由于层数增加而增大的水平荷载。
4建议
冷弯薄壁型钢结构房屋具有独特的优点和良好的综合效益,其应用可以节约土地资源,保护自然环境,符合国家发展循环经济、建设节约型社会的可持续发展战略。为了促进冷弯薄壁型钢结构房屋在我国的推广应用,提出以下建议:
(1)在各个地区建立样本房,加强宣传,重视市场推广,让人们亲自感受新型住宅比传统住宅的优势之所在,从根本上改变人们对轻钢结构住宅的传统印象,使轻钢结构住宅的优点深入人心。
(2)引进国外应用成熟,并经过研究能适应中国地区的冷弯薄壁型钢构件体系和生产流水线,生产出质量轻、截面特性好的构件,在国内大规模推广。
(3)科研单位、高校和企业要积极开展冷弯薄壁型钢住宅各部分构件的理论和试验研究,对国外的轻钢结构体系技术进行吸收、改进和发展,提高我国的钢结构技术,并将研究成果最终以规范的形式确定下来,作为设计此种类型房屋的依据。
参考文献
[1]郭鹏,何保康,廖芳芳,等.低层冷弯薄壁型钢结构住宅体系及传力路径分析[J].工业建筑,2007(增刊):1215-1219.
[2]周天华,石宇,何保康,等.冷弯型钢组合墙体抗剪承载力试验研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2006(2):83-88.
[3]郭鹏.冷弯型钢骨架墙体抗剪性能试验与理论研究[D].西安:西安建筑科技大学,2008.
浅析薄壁零件加工过程 篇5
1，薄壁零件一般是不能卡抓直接去夹持：这样我们就必须考虑用一种间接夹持的方法来加工这个零件即做一个工装，工装的做法围绕着减少x轴向力的原则下采用z向固定的方法，可以通过来夹持一中间物来把所要加工的零件借助于配合和压板使之z向固定，
浅析薄壁零件加工过程
，
2，薄壁两件一般的毛胚件的加工余量不是很大，这类零件很大程度上都是镁铝材料或是这类的合金铸件，铸造的不均匀和加工余量的不大也给加工这类零件带来了诸多的的困难，由于铸件的不匀称装夹时就不可能考虑三爪自定心卡盘，必须考虑四爪来找正来加工此类工件
薄壁零件的加工方法研究 篇6
【关键词】薄壁零件；加工分析；精度
薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件的加工是车削中比较棘手的问题，原因是薄壁零件刚性差，强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。对于批量大的生产，可利用数控车床高加工精度及高生产效率的特点进行加工，在车工教学中如何解决这个问题呢，可以通过对薄壁零件加工过程的各种变形原因进行材质和技术分析，制定合适的加工方法解决问题。
1.薄壁零件的特点及变形原因
对板状工件而言，薄形工件是指宽厚比值B/H≥10的工件。类似于薄形板状工件，薄形盘状工件是指其外形直径与工件厚度比值比较大的工件；薄形环状工件是指工件圆柱外径与其厚度比值比较大的工件；薄形套类工件是指工件外圆直径与套壁厚度比值比较大的工件，薄壁箱体类工件是指箱体的外形尺寸与其壁厚的比值比较大工件。薄零壁件具有质量轻、节约材料、结构紧凑等特点，导致变形的直接原因有外力夹持、温度过高、振动引起等，具体如下：
1.1受力变形 因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。
1.2受热变形 因工件较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难于控制。
1.3振动变形 在切削力（特别是径向切削力）的作用下，很容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状、位置精度和表面粗糙度。
2.提高薄壁零件加工精度的方法
2.1合理选择装夹方式，减少受力变形
零件装夹可分成定位和夹紧。定位使零件处于稳定状态，对平面来说应采3点定位。在定位点一般要承受一定的夹紧力，并应具有一定的强度和刚性。从定位稳定性与定位精度看，接触面是越小越好；而从夹紧力功能来看，接触面需要越大越好，可以用最小的单位面积压力来获得最大的摩擦力。工件装夹方法薄壁类零件在加工过程中假如采用普通装夹方法，会由于产生很大的变形而无法保证加工精度。如图1所示。
故薄壁类零件的装夹，一般采取以下措施：
（1）增大工件的支承面和夹压面积，或增加夹压点使之受力均匀，并减小夹压应力和接触应力，必要时可增设辅助支承，以增强工件的刚性。但这种方法在应用中有 局限性而且会造成材料的浪费。
（2）增加夹压点或夹压面积通过增加夹压点或夹压面积减小零件的变形或使变形均匀化。如：采用专用卡爪或开口过渡环装夹；采用液性塑料自定心夹头或弹簧夹头装夹；采用传力衬垫装夹等。
（3）变径向夹紧为轴向夹紧使夹紧力作用在刚度较大的轴向，避免了径向发生大的变形。
2.2合理选择切削用量
切削用量的选择为减少工件振动和变形，应使工件所受切削力和切削热较小。背吃刀量，进给量，切削速度是切削用量的三个要素。大量试验证明：背吃刀量和进给量同时增大，切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。在加工精度要求较高的薄壁零件时，一般采取对称加工，使相对的两面产生的应力均衡，达到一个稳定状态，加工后工件平整。当某一工序的背吃刀量大时，应力将会失去平衡，工件就会产生变形。
对加工精度要求较高的薄壁类零件，应把粗加工、半精加工、精加工分开进行。粗、半精、精加工分开，可避免因粗加工引起的各种变形，包括粗加工时，夹紧力引起的弹性变形、切削热引起的热变形以及粗加工后内应力重新分布引起的变形。 内应力是引起零件变形的主要因素，为了防止零件的变形，除应严格地进行材料的热处理，使工件具有较好的组织外，在粗加工、精加工之间，最好增加一道去应力工序，以最大限度的消除工件内部的应力。
粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般在0.2～0.5mm，进给量一般在0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度6～120m/min，精车时用尽量高的切削速度，但不易过高。
2.3合理选用切削液
合理选用切削液，能减少切削过程中的摩擦，改善散热条件，从而减小了切削力、切削功率、切削温度，减轻刀具磨损，提高已加工表面质量。粗加工切削量大，产生大量切削热，刀具易磨损，尤其是高速钢，应选用冷却为主的切削液，如乳化液或水溶液。而硬质合金刀具可以不用切削液，如要用则必须连续、充分地浇注，以免产生裂纹。精加工切削液主要是润滑，以提高工件表面精度和表面粗糙度，以采用极压切削油或离子型切削液。同时运用高速加工，高速加工技术是近年发展起来的高效、优质、低耗的制造技术。在高速切削加工中，由于毛坯材料的余量还来不及充分变形就在瞬间被切离工件，工件表面的残余应力非常小，切削过程中产生的绝大多数热量被切削迅速带走，从而减小薄壁零件的热变形，达到表面加工质量。
2.4合理选择刀具
加工孔的车孔刀杆悬伸距较大，刚性差，容易产生振动，并在径向分力的作用下，容易发生让刀现象，影响加工孔的精度。因此加工薄臂零件孔时应尽可能增加刀杆的刚性。同时，为了容易排屑，应在车刀前面开有断屑槽或卷屑槽，在合适的刃倾角下控制切屑排出的方向。
3.结论
车床加工薄壁零件在机械加工中较为常见，由于其刚性差，加工时受切削力、切削热等因素的影响，变形较大，很难保证薄壁零件的加工质量要求。通过采用合适的装夹方式，采取合理的辅助支承和先进的加工方法，同时选择合理的刀具角度和切削用量，是能够保证薄壁零件的加工质量要求的。
参考文献：
[1] 陈日曜.金属切削原理（第二版）[M]北京：机械工业出版社.1995.
薄壁钢结构 篇7
等几何分析方法 (Isogeometric Analysis简称IGA) 是2005年由Hughes[1]率先提出的一种新型数值方法。该方法将CAD技术和CAE技术相结合, 解决了传统数值计算中求解域与几何形体设计所存在的非一致性问题。其基本思想是采用CAD技术中的样条基函数如B样条、NURBS、T样条基函数等作为有限元分析的形函数去逼近未知场函数, 然后再进行偏微分方程的求解。由于几何形体设计与有限元分析的场函数采用同样的数学表达式, 分析的过程中可以避免传统有限元的二次建模, 消除了几何模型和计算模型之间存在的误差, 网格的细化过程方便, 并且保持了几何形体的不变性。
目前, 该方法已被应用于固体力学、流体力学、电磁场等相关问题的求解。Reali[2]及Cottrell[3]分别将其应用到结构动力学问题;Bazilevs[4]将其扩展到流固耦合问题;张勇[5,6]将其与边界有限元进行了耦合, 并且对等几何分析过程中的重控制顶点问题进行了研究;王东东[7]和陈涛[8]分别对边界条件的施加方法进行了研究;Benson[9]将其嵌入到扩展有限元 (XFEM) ;Wall[10]等将其应用于结构形状优化问题。
从理论上讲, 只要单元划分得足够细, 用传统三维实体单元对薄板结构进行有限元分析也能够得到具有要求精度的结果, 而且可以避免引入结构力学的简化, 但是这样的代价是计算成本高。由于基于NURBS的等几何实体单元具有高阶连续性 (内部具有C连续性, 单元节点处具有Cp-1连续性, 其中P为基函数阶数) , 能够以较少的单元得到精确的结果。本文采用基于NURBS的等几何实体单元对四边固定薄板和悬臂板在不同载荷作用下的挠度进行了分析, 细分过程分别采用h-方法和p-方法, 结果能很好的收敛于解析解。对于本文提供的四边固定板和悬臂板结构, 高度方向采用二次基函数, 表面采用高次 (如双四次、双五次基函数) 的实体单元时, 即使粗糙的网格 (如8×8×2) 也能得到较精确的解答。根据本文提供的静力学分析结果, 对于类似板的结构优化问题可以根据具体的精度要求选择单元的阶数和疏密程度。
1 等几何结构分析
1.1 非均匀有理B样条 (Non-Uniform Rationa B-Spline, 简称NURBS)
工业产品几何定义标准以及目前市场上的大部分三维CAD/CAM软件所采用的核心数学方法均为NURBS曲线曲面造型方法[11]。等几何分析中同样采用NURBS来描述几何实体, 其定义式为:
1.2基于NURBS的等几何分析
与传统有限元方法[12]类似, 等几何分析中对于弹性问题控制微分方程如下:
其中f是体力, g和h是规定的本质和自然边界条件, n是自然边界 (38) N的外法线方向向量, u即为所求的未知场函数 (即位移函数) , 在等几何分析中, 该位移函数用样条基函数来近似, 即:
由控制微分方程得到的离散平衡方程为:
其中, u为位移向量, K为总体刚度矩阵, 由单元刚度矩阵Ke组成,
式中B为应变矩阵, D为弹性矩阵, J为将参数坐标转换到全局坐标的雅克比矩阵, ˆe为单元的参数域。
F为全局荷载向量, 由单元荷载向量Fe组成。对于三维弹性问题, 单元荷载向量在第i个方向的分量为:
其中fi和hi分别为第i个方向的体力分量和边界上的应力分量, ˆ (38) e为单元的边界上牵引力的作用区域。
2 基于等几何实体单元的薄壁结构分析
2.1四边固支薄板结构
对于四边固定支承的方形薄板, 如图1 (a) 所示, 板的边长l 10, 厚度h 0.1。
四边固支方形薄板分别在中心集中荷载F=20 (如图1 (a) ) 和上表面均布荷载q=10 (如图1 (b) ) 的作用下, 本文采用2×2×2、4×4×2、8×8×2、16×16×2、32×32×2的单元网格对板的最大挠度值max进行计算, x和y方向均采用3次NURBS基函数, 计算结果如表1。其中, D是薄板的弯曲刚度, 即:
再对x、y方向均采用4次和5次NURBS基函数对模型进行分析, 收敛情况如图2所示。由图可知, 当表面采用双三次NURBS实体单元时, 随着表面单元数目的增多, 分析结果显示出很好的收敛性;当表面采用双四次或者双五次的NURBS基函数时, 即使粗糙的网格也能得到较准确的解答。在细分过程中, 分析结果的相对误差达到5%以内的单元数量见表2, 随着单元的细分, 相对误差减小, 结果收敛于解析解。
2.2 悬臂薄板结构
类似地, 仍然在x、y方向分别采用4次和5次NURBS基函数对模型进行分析, 收敛情况如图4所示。可以看出, 在两种荷载作用下, 对于x和y方向采用较高次 (4次或5次) 的基函数, 当单元数较少时, 解答有点波动, 但是随着单元数的增加结果能很好的收敛到精确解。同上例, 在细分过程中, 分析结果的相对误差达到5%以内的单元数量列于表2中。
3 结论
新结构钛合金薄壁低压轴工艺研究 篇8
关键词：低压轴,薄壁,钛合金,机械加工
1 研究目标
1.1 设计要求
低压轴材料为难加工的钛合金TC11, 零件位置非常重要, 尺寸和技术条件多, 精度要求高, 很多技术条件都在0.02mm以内, 与轴承配合部位尺寸公差仅为0.01mm, 圆柱度0.008mm, 零件壁薄, 加工中易变形, 尺寸和技术条件难以控制, 不好保证。我们以前从未加工过类似结构的长轴颈零件, 没有可借鉴的加工经验。零件三维图如图1所示。
1.2 材料切削特点
低压轴零件材料为钛合金TC11, 属难加工材料, 切削加工性差, 加工效率低, 刀具磨损大。
钛合金切削加工性差的原因:
(1) 导热系数小, 切削温度高。
(2) 切屑与刀具切削刃的接触长度短, 刀尖应力大。
(3) 磨擦系数大, 磨擦速度高。
(4) 钛和钛合金在高温时化学活性高, 使刀具磨损加剧。
(5) 弹性模量小, 屈服比大。
1.3 钛合金薄壁件车削加工特点
(1) 材料组织结构特点导致机械加工中可加工性差;
(2) 加工过程中切削温度高、刀具磨损快;
(3) 材料加工切削用量不易控制;
(4) 零件尺寸精度和形位公差不易保证;
(5) 零件加工中易变形;
(6) 夹紧易变形。
2 主要加工面的加工过程
2.1 内腔型面的加工
精加工大端内型面时, 以小端外圆和中部端面为基准, 加工前找正工序基准, 此工序在数控车床加工, 由于加工行程较长, 为保证尺寸精度分三段程序进行:第一段先加工大端, 其次再加工内止口和内腹板面, 最后在内腹板与内孔转接R20处进行弧转接加工内孔, 此处内孔应提高加工尺寸精度, 以作为后续工序的夹具定位基准。
2.2 外型面及小端内孔的加工
该加工阶段先加工小端内孔, 设计专用精车夹具以已加工完的大端面为定位基准, 涨紧大端内孔, 压板压紧大端外侧安装边, 为提高零件加工系统刚性, 可用中心架作为辅助支撑, 支撑小端外圆中部。加工前找正基准, 因为加工的内孔长度在300mm左右, 考虑到刀杆的装夹, 所以需要的刀杆的长度至少在350mm左右, 加工时设计专用刀杆, 刀杆必须具有防震和高压内冷结构。此工序选用大前角55°带有涂层的硬质合金菱形机加刀片, 由于此内孔直径仅为58mm, 而刀杆直径为48mm, 所以加工过程中铁屑无法或很难排除, 所有的铁屑都缠绕在了到刀头上了, 在刀杆向孔内走刀时铁屑挤在刀杆和已加工完成的零件表面, 致使刀杆受到与加工表面相反方向的力, 产生让刀现象, 即加工表面的直径尺寸越往内孔深处, 尺寸越小, 实际加工验证表明最大时可相差0.7mm, 如果这样加工, 最后的设计尺寸肯定无法保证, 而且表面粗糙度也不好。经反复研究并试验, 改变走刀方向, 即当从孔深处向零件端面方向走刀, 这样加工零件产生的铁屑被留在了已加工表面, 被高压冷却液冲走, 不会存在在铁屑挤在刀杆和零件之间而产生的让刀现象。
在加工外型面时, 安装上夹具上的拉杆, 用压盖压紧小端面, 卸下中心架。加工前先找正夹具定位表面, 以大端面、内孔为基准, 压紧小端面, 加工前找正零件基准再加工。整个外型面长度为650.8mm, 外圆尺寸和技术条件多且要求比较严。外型面部分尺寸精车加工后留余量磨加工, 同样在数控车床进行精加工, 外圆与轴承配合尺寸较精, 精车后再进行磨加工, 精车给磨加工单边留余量0.1mm~0.2mm, 保证配合尺寸和技术条件。由于零件外型面长度较长, 编制数控程序时, 根据尺寸精度等要求编制多段程序。
2.3 外圆的磨加工
磨加工外圆在高精度外圆磨床上进行, 需设计专用磨床夹具, 该夹具为芯轴结构, 一侧有定位环, 用于限制零件定位止口, 另一侧的塞子定位小端内孔椎度, 夹具两侧带有顶尖孔。磨加工前仍需找正零件, 再磨加工外圆, 加工时上刀量不能过大, 一般为0.005mm~0.01mm, 以防止零件窜动。
结语
经过进行低压轴工艺的分析研究, 从而优化了工艺路线、加工方法, 结果表明工艺路线、加工方法可行, 长轴轴颈零件是我们公司首次加工此类零件, 其研制的成功填补了我公司的此类零件加工技术的空白, 为其它长轴类轴颈零件的机械加工提供了宝贵的经验。
参考文献
[1]张耀宸.机械加工工艺设计实用手册[M].北京:航空工业出版社, 1993.
[2]汤湘中.机床夹具设计[M].北京:机械工业出版社, 1988.
薄壁钢结构 篇9
近年来,我国加大对住宅产业化的支持和绿色节能建筑的推广,LGS建筑在国内发展迅速,国内现行的LGS建筑标准已经落后于市场发展,缺乏专业的施工规范和建筑节点图集。传统LGS建筑参考了传统砖混结构或重钢结构通用的建筑节点图集和施工做法,完工后常常会出现工程质量问题,室内漏水便是其中之一。室内漏水会导致LGS建筑结构锈蚀,主材损坏,进而危及建筑结构安全,降低建筑的使用功能性。本文将解析传统LGS建筑发生漏水的原因,提供一些防治措施和防水做法。
1 传统 LGS 建筑室内漏水原因
我国传统的LGS建筑体系,是在国外LGS建筑体系的基础上沿用混凝土结构建筑的装修做法,以契合用户的传统住宅理念。结构设计为规格统一的冷弯薄壁型钢构件,楼面承重板采用定向刨花板(Oriented Strand Board,简称“OSB”),在楼板系统中浇筑一定厚度的混凝土并配钢筋网以增大楼板的刚性、减少震动;在墙体表面装饰上,通过水泥砂浆抹面的湿作业方法来实现更多的装饰效果,以期达到与混凝土结构建筑无差异的完工效果。
LGS与OSB组成的结构,延展性好,在吊装、运输、安装、使用过程中会受力震动并产生弹性位移,导致刚度大的混凝土层及装修饰面层出现裂缝。同时,建筑构件的相对位移容易导致防水材料破裂,防水搭接松脱,从而引发漏水。此外,选材和施工不当也易导致漏水。漏水部位通常为墙根处、开洞处、防水卷材搭接处。
2 漏水防治措施
2.1钢结构改良
实际工程中,厨卫间通常会安放浴缸、电热水器、洗衣机等荷载大的设施,一般,可通过加大LGS型材规格,或增加楼板梁龙骨密度,或在楼板梁柱中增加轻钢承重构件(图1),以增大厨卫间局部结构的刚度和强度。如在工厂整体预制的LGS建筑模块中 (图2),便采用了整体轻钢框架结构,一方面增加了模块的整体刚度,限制了梁柱间的位移变形,防止由此引发的装饰面层开裂;另一方面确保模块的运输和吊装受力。
2.2 主材改良
传统LGS建筑采用OSB作为楼面承重板,不仅刚度小,而且不具备防水性能,一旦发生漏水将使OSB霉烂,丧失承重性能,造成安全隐患(图3)。建议改用18~20 mm厚的高密度水泥纤维板(图4)代替OSB作为楼面承重板。高密度水泥纤维板具有以下一些优点:1)结构致密、刚度较好;2)具有良好的承载能力,可增加LGS建筑的刚性;3)防水防腐、防火A级,结构更具安全性、耐久性。采用刚度较好的高密度水泥纤维板,可省去楼面加设的混凝土层,克服混凝土层因无法适应LGS楼面弹性位移而产生开裂破坏。这种新型的楼承板目前也被广泛用作建筑加层的楼承板。
另外,墙面可采用8~10 mm厚的中密度防水水泥纤维板或玻镁板。在楼面和地面转角处、墙角处设钢折板,分别固定于两边板上,可限制板块间的相对运动,增强结构整体性和刚性。钢板折角处应做成圆弧角,一方面避免钢板弯折处受力薄弱;另一方面使防水材料贴接更密实,不易破损开裂。
2.3 室内设计改进
1)隔离洗浴区。隔离洗浴区可阻止洗浴水在地面蔓延,预防渗漏。可采用成品浴缸(图5)或成品淋浴房(图6)进行隔离。成品浴缸,一体成型的底座具有良好的完整性,玻璃门可阻止洗浴水的外溅。
2) 避免楼承板开洞。LGS建筑的楼承板非常轻薄,洞口的防水处理对材料和施工技术的要求高,若处理不到位,很容易发生渗漏,是防水的薄弱点,故应尽量避免在楼承板上开洞,消减洞口处的渗漏隐患。利用LGS建筑墙体内可走管线的特点,卫浴设施可选择墙排水类型(图7)。通过钢结构找坡可在卫浴间边缘或墙角设置墙排水地漏(图8)。
2.4 选择优异的防水材料
市面上可供选择的防水材料有很多,有卷材类、涂膜类、砂浆类、密封堵漏材料以及各种改善防水性能的添加剂。根据LGS建筑体系的特点,应选择抗变形能力强、与基材粘结性好、耐久性好的防水材料,具体根据工程要求来确定。
2.5 改进防水施工工艺
防水施工有干法施工和湿法施工。对于中低端LGS建筑项目,防水推荐采用造价低、技术难度小、施工快的干法施工;干法施工采用柔性防水材料可满足要求。干法施工对室内装修有所限制,无法采用瓷砖、马赛克等硬质块材,此时只能采用湿法施工。湿法施工时,应将防水设计为刚弹性系统,一方面可适应铺贴瓷砖,另一方面可适应建筑弹性形变。为此应选择粘结性好、弹性高、自愈合能力强的防水涂膜或防水卷材,以及无收缩、抗裂性好的瓷砖粘结剂,严格遵守新型材料的施工工艺流程,确保工程质量。
3 LGS 建筑中厨卫间的防水做法
3.1 楼面防水
设计时, 厨卫地板功能通常被定义为半干性地板,洗浴区做隔离处置。防水做法:先在楼承板上交接处、墙角位置等防水薄弱处铺贴专用防水密封胶带作加强防水,再涂刷防水涂膜,最后采用具有防水、防霉、耐磨性能的塑胶地板作为地面装饰材料。若考虑节省造价,可在楼承板上直接铺设塑胶地板这类防水性能良好的地板材料,并在楼承板拼接处及螺钉处以防水堵漏材料密封。
塑胶地板有卷材和块材2类,均可用作楼面防水装饰面层。塑胶卷材地板施工时可随意裁切,搭接时可焊接达到无缝的效果(图9);塑胶块材地板施工时,由于地板拼接口的特殊设计,块材拼接后可达到紧密防水的效果(图10)。
3.2 墙面防水
虽然卫浴间通常将洗浴区隔离,但其墙面也应具备一定的防水防潮性能。防水做法:先在墙板交接处及墙角位置铺贴专用防水密封胶带作加强防水;再涂刷一层防水涂膜以保护墙体内部结构不受水汽侵袭;最后涂刷耐水腻子作为装饰面层基底。腻子中增设玻纤网,以增加强度、防止开裂。装饰面层材料可选择防水型墙面漆或PVC耐水壁纸。为进一步简化施工和节省造价,也可考虑省去防水涂膜,对墙面板材接缝处和螺钉处以防水堵漏材料密封即可。
3.3 楼面和墙面的防水搭接
通常楼面防水材料的搭接高度应不低于踢脚线,随后墙面防水材料应搭接于楼面防水材料上,每层材料如此搭接分层完成。考虑美观,墙面装饰应与踢脚线在同一平面上,但应在交接处设泛水或踢脚线自带泛水,并做密封处理。对于独立铺设的踢脚线,其与楼面接缝处也应用防水材料密封。
3.4 楼面洞口处理
LGS建筑的卫浴间通常采用墙排水,楼面一般无需开洞,开洞处一般设置地漏。LGS建筑楼承板薄、刚度小,在体系震动中材料不可避免地会发生相对位移,特别是在楼面洞口处。因此,需要固定各部件,限制其相对移动,洞口处防水做法应能够适应各部件间
施工时,开洞位置应尽量选择在靠近楼板梁处,此处楼板受震动产生的位移相对较小;或在开洞位置加设支撑龙骨。暗设于楼板中的排水管应准确地安装在洞口下方,并用规格合适的管卡固定于龙骨上限制其移动。参考台盆下水器原理,在楼板洞口处安装特殊的宽沿漏斗(图11),以使楼板和排水管形成灵的轻微位移。活的搭接,漏斗顶部沿边应用螺钉固定于楼板上,底部伸入排水管一段距离,并在管间空隙处填防水密封材料,或设置弹性橡胶圈以起到防水密封的作用。漏斗沿周围防水材料应伸入至漏斗内部。在安装柔性面层装饰材料时,应按套管洞口大小精确裁切,并与漏斗内的面层材料做好防漏焊接;内部边缘处应用防水材料密封防漏。若装饰层较薄,宜采用无沿嵌入式地漏并打胶密封固定,以免地漏边缘产生高差使排水不畅。
3.5 墙面洞口处理
相比于楼面,墙面洞口处理较简单,主要是侧排口和出墙管线洞口处的防水密封处理。与楼面洞口处理类似,穿墙管线位应尽量选择在龙骨附近,并用合适管卡做好固定;洞口的大小应适合管线大小,并精确对应;在洞口与管线间应设置弹性橡胶密封环填充墙板与管道间空隙,在出墙管外还应做一层密封材料,管道外装饰盖内应填充防水密封胶,多重防护堵漏。
4 结语
LGS建筑体系以其诸多优点代表了住宅未来发展方向,但是室内漏水问题是LGS建筑体系致命缺陷。通过一系列的漏水防治措施和适合LGS建筑体系的防水做法,将使绿色环保的LGS建筑体系能够扬长避短,在住宅行业中得到更多推广应用。
摘要：传统冷弯薄壁型钢结构(LGS)建筑室内防水做法沿用混凝土结构建筑室内防水做法,极易发生漏水。为解决LGS建筑室内漏水通病,文章基于实际应用,从结构、选材、施工等方面提出了室内漏水防治措施,并着重介绍了LGS建筑室内卫生间的防水做法。
薄壁钢结构 篇10
关键词：冷弯薄壁型,抗震性能,影响因素
0前言
冷弯薄壁型钢结构体系主要由屋盖、楼盖、组合墙体及围护结构等组成。屋盖和楼盖主要承受竖向荷载, 组合墙体则既承受竖向荷载, 又承受风以及地震等水平作用。典型的冷弯薄壁型钢组合墙体由C形 (和U形冷弯薄壁型钢构件组成的钢骨架, 与墙面板或交叉支撑经自攻螺钉连接而成。
冷弯薄壁型钢结构相对于传统钢筋混凝土结构具有较大的优势: (1) 用钢量经济, 钢材可完全回收, 建材符合绿色要求, 满足国家环保和可持续发展要求; (2) 轻质高强, 在满足上部承载力的同时对地基承载力要求不高, 可大幅度降低基础造价; (3) 结构的所有构件都可以模数化设计、工厂标准化生产, 能较好地保证质量, 推动建筑产业化进程; (4) 现场组装, 混凝土湿作业少, 施工文明, 对环境影响小, 不受地域和季节的影响, 建设周期短, 加快资金回笼, 降低投资风险, 提高投资效益; (5) 各种管线可暗埋于墙体和楼盖中, 布置简单, 检修维护容易, 墙体截面小, 建筑可用面积大。鉴于该体系的诸多优点, 当前国家和众多企业在市场上大力推广应用。
而我国又地处世界两大主要地震带-环太平洋地震带与欧亚地震带的交汇部位, 受太平洋板块、印度板块与菲律宾海板块的挤压, 地震断裂带十分发育。板块构造位置决定, 我国地震频繁、震灾严重。近几年的地震给我们国民经济造成了巨头的损失, 冷弯薄壁型钢结构住宅体系要被大众所接受, 必须研究清楚其抗震性能。
1 结构地震力计算
地震力是指结构物由于地表运动而受到相应加速度, 进而产生的惯性力, 土压力和水压力的总称。由于水平振动对建筑物的影响最大, 因而一般只考虑水平振动。水平地震作用的计算方法主要有底部剪力法和振型分解反应谱法[1]。两种计算方法地震力均等于“等效重力×地震系数”, 所以地震力跟结构体系的自重成正比。而冷弯薄壁型钢结构住宅体系自重较普通钢筋混凝土房屋轻很多, 所受地震力较小。
2 冷弯薄壁型钢结构体系抗震性能影响因素
冷弯薄壁型钢结构住宅体系是一个多种构件装配在一起的结构体系, 其体系的抗震性能由组成的各个部分力学性能决定[2]。
2.1 组合墙体
组合墙体按其受力特性可分为承重墙体和抗侧墙体两种, 前者以承受竖向荷载为主, 后者以承受水平剪力为主。
2.1.1 承重墙体
冷弯薄壁型钢结构体系的承重墙体可有效承担屋盖、楼盖传递的竖向荷载。构件壁厚根据所承受的荷载而定, 上部楼层构件的材料厚度可随荷载的减小而减小。所有承重墙窗洞口上方必须设置过梁, 过梁可采用箱形、工形、L形截面或析架形式, 以支撑洞口上的屋架或楼盖梁。
承重墙体除了满足相应的结构构造外, 还应: (1) 减少层间错移, 提高水平抗震力。 (2) 对墙架柱的翼缘进行侧向支撑, 以保证结构的整体稳定性, 提高承载能力。
2.1.2 抗侧墙体
保证抗侧墙体的抗剪和抗倾覆能力, 是研究冷弯薄壁型钢结构体系的关键。为抵抗风荷载、地震作用和确保建筑物在施工期间和建成后的整体稳定性, 必须满足: (1) 构件截面、厚度、尺寸合适, 且可靠连接成一个整体。 (2) 支撑和传力构件布置齐全。
周绪红等[3]对采用OSB板与石膏板作为墙面板的不同高宽比的组合墙体进行了一系列足尺试件的水平单调加载和往复加载试验。研究结果认为:墙体的破坏主要表现在螺钉被拔出, 此时墙面板与墙架柱之间的约束失效;墙体的钢材强度对其抗剪承载力的影响不大。指出了在墙架柱截面和间距不变的情况下, 自攻螺钉的连接对组合墙体抗震性能的起决定性的作用。
2.2 组合楼盖
低层冷弯薄壁型钢结构住宅中, 楼盖主要传递竖向荷载, 但在多层冷弯薄壁型钢结构住宅中, 楼盖除了传递竖向荷载给墙体外, 又要传递水平风荷载及地震力到组合墙体, 更重要的作用是保证抗侧力结构体系的空间协同工作, 因此必须保证楼盖具有足够的强度、刚度和整体稳定性。因而结构设计时不仅要加支撑和加劲件保证楼盖的平面内刚度, 还要合理设计楼盖与墙体、楼盖与基础的有效连接, 提供一个从结构任意部分直到基础的完善传力路径。
贾子文[4]对冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖受力性能从试验、有限元、理论三方面进行了分析, 得到了组合楼盖在施工阶段的强度和刚度;正常使用阶段的抗弯刚度和自振频率;组合楼盖的抗弯极限承载力和破坏机理;组合板的粘结性能、螺钉连接抗剪承载力和破坏模式。证明了通过适当的构造措施能保证楼盖结构的平面刚度。
2.3 连接节点
因冷弯薄壁型钢结构体系中构件壁厚很薄, 墙架柱与楼盖梁节点连接若采用焊接, 施工质量、节点性能不易保证, 且减缓了施工速度。当前工程普遍采用自攻螺钉连接各种构件, 快速且不消弱构件自身强度。
黄川[5]通过自攻螺钉连接的冷弯薄壁C型钢梁柱节点试验, 对连接节点的刚度即连接的M-θ曲线的进行了测试。结果表明螺钉数量和间距对节点的初始刚度和弯矩承载力影响较大。说明了自攻螺钉对节点抗震性能的显著影响作用。
2.4 整体结构
李元齐[2]对一两层高强超薄壁冷弯型钢住宅结构足尺模型的振动台试验, 试验结果表明:结构破坏均发生在连接部位和覆面板的局部区域, 破坏模式为自攻螺钉的脱落和石膏板的局部破裂, 而内部主体型钢龙骨基本无破坏。再次表明该结构体系抗震设计的重点应在构件间的连接。
3 结论
冷弯薄壁型钢结构体系自重较轻, 受到的地震力较小, 再加上该结构的主体构件轻质高强, 结构各部分的力学性能优异, 自攻螺钉连接件成为影响整体结构抗震性能的关键因素之一。在主要构件尺寸不变的情况下, 合理的设置自攻螺钉尺寸和间距是整体抗震性能优化的主要方向。
参考文献
[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2010.
[2]李元齐, 刘飞, 沈祖炎, 等.高强超薄壁冷弯型钢低层住宅足尺模型振动台试验[J].建筑结构学报, 2013, 34 (1) :36-43.
[3]周绪红, 石宇, 周天华, 于正宁.冷弯薄壁型钢组合墙体抗剪性能试验研究[J].土木工程学报, 2010, 43 (5) :39-44.
[4]贾子文, 周绪红.冷弯薄壁型钢-混凝土组合楼盖振动性能试验研究[J].土木工程学报, 2011, 44 (4) :43-51.
薄壁工件加工的因素及方法 篇11
关键词： 薄壁件 工件精度 加工优化
一、影响薄壁件加工因素
1.工件薄壁，在夹紧力的作用下易变形，从而影响工件的尺寸精度和形状度。
2.在加工中产生切削热引起薄壁件热变形，影响尺寸精度。
3.在切削背向力的作用下，易产生振动和变形，影响工件尺寸精度、表面粗糙度及形位精度。
二、减少薄壁工件变形的方法
1.采用粗精车分序加工：在粗车时考虑到切削余量较大和提高加工效率，相应的夹紧力稍大些。精车前适当释放卡爪，消除粗车时因切削力过的引起的变形，精车时夹紧力可稍小些，加工完成。
2.刀具的几何参数：刀具参数的合理选择是反映切削过程中多因素综合效果的重要标志。切削角度、刃口的形状在切削中都是相互影响的，侧重于保持刀刃的锋利和切削过程的稳定，从而减小切削力，应选较大的前角，较小的刀尖角。从减小振动方面应采用较小的刀具后角增大刀具后面与工件的接触面积，达到消振的目的。
3.精车薄壁工件时，要求刀柄的刚度高，车刀的修光刃不宜过长（一般取0.15mm—0.3mm），刃口要锋利。
4.切削用量的选择：切削力与背吃刀量、切削速度、进给量密切相关，当背吃刀量和进给量同时加大，切削力就大，工件变形也大；减少背吃刀量、增大进给量（0.6-0.8mm/r），切削力虽然有所下降，但工件的表面残余面积大，粗糙度增加，同时导致零件变形。一般粗加工时背吃刀量和进给量可以大些，精加工时背吃刀量在0.3—0.5mm左右，进给量应在0.15mm/min左右，精车时选用高的切削速度，三者要选用合适，可以提高加工精度。
5.装夹工艺的选择：使用开缝套筒或特制的软爪，增大装夹时的接触面积，使夹紧力均布在薄壁工件上，从而减少夹紧产生的变形。在切削时浇注充分的切削液，是防止和减少薄壁工件变形的有效方法。
使用吸振材料，用软橡胶管、棉纱、泡沫等填充或包裹薄壁工件，能起到减少振动和消除噪声的作用，也可填充低熔点物质的方法车削薄壁套，减少工件的变形。另外，车床的间隙调整到合适的程度也是提高机床刚性的重要手段。
[加工实例]
图1所示为我校企合作单位一薄壁工件，采用设备是沈阳数控机床配备广州数控系统GSK980TA的数控机床。为能提高零件合格率，我们改进了工装，优化了刀具的几何参数和切削用量，保证了工件质量。
件1为内孔尺寸加工完成外圆待加工的工件，左端为卡盘夹持的部位，直径100mm，长度50mm，件2为开口的锥度涨胎，锥度比为1：30，件3为芯轴，相同的锥度，利用螺纹的锁紧使件2锥度开口处与工件充分接触，使工件在夹具能够良好的定位和传递切削力，既防止了振动，又有利于切削加工，在件2和件3配合面处涂抹润滑油有利于拆卸。
[刀具和切削参数]
外圆粗精车均用主偏角93度，刀尖角55度的机夹车刀，刚性强，减少振动，红硬性好，耐磨损，无需刃磨刀具。
外圆粗车主轴转速为800-900r/min-左右，进给速度F100-F120，预留精车余量0.3mm左右。精车时主轴转速在1000-1100r/min，进给速度F40左右。
切削时充分浇注冷却液，能带走大量切削热，防止工件变形保证加工精度。
以上几种加工方法在生产实践中经常接触到，在上述论述中难免有纰漏之处，敬请原谅并指正。
参考文献：
[1]车工工艺学[M].中国劳动社会保障部出版社.
铝合金薄壁结构件的高效加工技术 篇12
1 薄壁腹板零件数控加工工艺
1.1 质量制约因素
腹板超薄类零件在我们实际零件机加过程中经常会遇到, 在切削过程中, 由于切削力的作用腹板会发生弹性变形, 当大部分加工余量被去除后, 随着厚度的逐渐变薄, 腹板在加工过程中的颤动逐渐变得明显, 通常变形量会成抛物线状变化, 在加工条件一定的情况下, 壁厚越薄变形越严重, 产生的误差也越大。
因腹板在切削加工中颤动影响会出现诸多质量问题:例如, 腹板出现颤纹, 表面光度不好;厚度尺寸不符合公差要求, 零件报废等等, 因此对于薄壁腹板结构的加工, 关键问题就是要解决在切削力作用下的弹性变形。
1.2 解决措施
通过实践验证, 我们总结了以下工艺方法可供参考:利用真空铣夹具吸附;在腹板底部增加辅助支撑;针对底部无支撑的薄壁腹板, 粗铣后留有一定余量, 可让铣刀从试件中间位置斜摆进刀, 在深度方向铣到最终尺寸, 然后一次走刀由中间向四周螺旋扩展至侧壁;刀具轨迹避免重复, 以免碰伤切削瞬间变形的表面。
1.3 典型零件案例
1.3.1 零件介绍。
前缘;毛料为铝合金板材 (7050 T7451 δ60) , 属典型的超薄腹板类零件, 腹板厚度仅为1.5mm (公差±0.2) , 零件外廓:700×600, 腹板中间有4处通槽, 降低了腹板的刚性, 给机加增加了难度。
1.3.2 加工控制方案。
在此零件的腹板精加工过程中我们采用的是自制专用真空吸夹, 结构形式如图所示。首先将反面加工到位后进行真空吸附, 再进行正面的切削。粗加工完成后, 腹板留有1mm余量, 再精加工到位, 为保证腹板整体强度, 通槽最后铣切, 并留有0.2～0.3余量保证吸附完全。
1.3.3 实施效果。
通过真空夹具吸附, 大大提高了腹板刚性, 有效的抑制了加工中的弹性变形, 最终腹板壁厚尺寸及表面质量完全达到设计要求。
2 薄壁缘条零件数控加工工艺
2.1 质量制约因素
在薄壁缘条的数控切削过程中, 随着零件壁厚的降低, 零件的刚性减低, 加工变形增大, 容易发生切削震颤, 影响零件的加工质量和加工效率;
对于较深的型腔和侧壁的数控加工过程中, 切削颤动会显的特别明显, 随着切深的增加, 颤动的加剧, 工件与刀具之间会有明显异响, 切削表面同样会有颤纹、表面粗糙等现象, 有的甚至导致壁厚超差。
2.2 解决措施
对于侧壁的铣削加工, 在切削用量允许的范围内, 采用大径向切深, 小轴向切深分层铣削加工, 充分利用零件整体刚性, 进行稳定加工。如遇颤动或变形极为严重的, 为防止刀具对侧壁的干涉, 可以选用或设计特殊形状的铣刀, 以降低刀具对工件的变形影响。
1) 侧壁满刃一刀切的方法也是对待侧壁切削中取得较好的效果。其思路是粗加工侧壁结束后留有较小的余量, 最后在侧壁两侧进行满刃一刀切削, 较小余量可控制在0.5mm～1mm之间, 根据实践也可更小, 目的是为了降低切削力, 而满刃切削目的一方面是增大工件与刀具之间接触面积, 提高刚性, 另一方面是避免分层切削而导致多次光刀的影响。该方法针对深腔和较高的侧壁加工效果会更好, 切削表面会有较高的完整性。
2) 侧壁两侧等高环切方法, 其思想在于在切削过程中, 尽可能的应用零件的未加工部分作为正在铣削部分的支撑, 使切削过程处在刚性较佳的状态。
3 薄壁结构件高速切削技术
3.1 高速切削特点
要想提高生产效率, 国际上拥有先进制造技术的国家, 普遍采用高速铣加工。高速铣加工是数控技术发展起来的集高效、优质和低耗为一体的先进制造技术。
和普通铣切削比, 高速切削具有下列优点:加工效率高;切削力降低;工件热变形减小;加工表面质量高;有利于保证零件的尺寸、形位精度;加工成本降低。
薄壁结构件基于高速切削产生的切削力低、热变形小、表面精度高等特点, 从而实现高效、经济、优质加工的目的。
3.2 高速切削技术被广泛应用薄壁结构件
中航工业沈飞数控加工厂 (以下简称该厂) 在薄壁铝合金结构件高速切削技术方面现已达到成熟阶段, 不同类型的结构件都已在高速铣机床上实现优质高效加工。
3.2.1 薄壁铸件高速铣加工。
这是该厂典型的2项铝合大型铝合金铸件, 壁厚2mm～4mm, 结构复杂, 表面质量要求高, 尺寸公差要求严格。目前采用的是高速切削加工, 加工后的产品质量完全达到设计要求, 其技术含量已达到同行业内顶尖水平。
3.2.2 薄壁长桁类零件高速加工。
长桁类零件在该厂有上百余项, 零件的外形公差要求严格, 零件的表面光度要求较高, 同时, 零件的表面光洁度形成的方式受限 (表面不允许使用抛光的加工方式, 需要保留铣刀加工的痕迹) , 所以, 对数控机床的精度、程序的准确性及刀具均要求较高。
4 结论