專(zhuān)利名稱(chēng)：：箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種箱型空間構(gòu)件的加工制作方法，特別是一種箱型空間彎扭構(gòu)件的加工制作方法。(二)
背景技術(shù)：
國(guó)家體育場(chǎng)工程為北京"2008"奧運(yùn)會(huì)主會(huì)場(chǎng)，其鋼結(jié)構(gòu)工程為了編織"鳥(niǎo)巢"的特殊建筑造型，設(shè)計(jì)時(shí)在鋼屋蓋與立面相交部位(即肩部)全部采用了箱型空間彎扭構(gòu)件，其截面尺寸基本為1200mmX1200mm，鋼板材質(zhì)涉及Q345C、Q345D、Q345GJD、板厚涉及1060mm，總用鋼量12000多噸。公知的箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作采用傳統(tǒng)模具工藝和傳統(tǒng)火工彎板工藝。但對(duì)于板厚在10mm60mm的大尺寸箱型空間構(gòu)件的加工制作，若采用傳統(tǒng)模具工藝和傳統(tǒng)火工彎板工藝，則會(huì)出現(xiàn)焊接不牢、變形較大、誤差較多、成本較高、能源消耗大、施工效率低等技術(shù)問(wèn)題，這在國(guó)內(nèi)外尚無(wú)成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒，成為工程的一個(gè)難解問(wèn)題。(三)
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，主要解決大尺寸箱型空間彎扭構(gòu)件不易預(yù)制加工制作的技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，由上翼緣板、下翼緣板、兩側(cè)腹板、四塊板件組裝焊接成型，其特征在于步驟如下步驟l，分別將上翼緣板、下翼緣板、兩側(cè)腹板置于數(shù)控模具凸弧形排列的上排沖頭和凹弧形排列的下排沖頭之間，采用多沖頭無(wú)模沖壓成形的方法壓制成空間彎扭板件。步驟2，先在鋼平臺(tái)上劃線，標(biāo)出胎架定位點(diǎn)，在鋼平臺(tái)上架設(shè)高矮不等的胎架。步驟3，將下翼緣板安裝放置在胎架上，并與胎架貼合。步驟4，在下翼緣板上定位內(nèi)隔板的位置，將一組內(nèi)隔板間隔直立焊接在下翼緣板上。步驟5，在焊接了內(nèi)隔板的下翼緣板兩側(cè)焊接兩側(cè)腹板。步驟6，在兩側(cè)腹板和內(nèi)隔板頂部焊接上翼緣板，焊接形成箱型空間彎扭構(gòu)件。優(yōu)選的技術(shù)方案上述步驟1中，彎扭板件壓制前首先需要進(jìn)行沖頭調(diào)平，確定所有沖頭的初始零點(diǎn)，并保證其在同一參考平面內(nèi)，調(diào)平時(shí)，先將所有沖頭的高度調(diào)整至一較低數(shù)4值，保證調(diào)平裝置的順利放入，然后將上下沖頭群中所有的沖頭調(diào)整至同一高度，以此高度值作為參考面，確定其基準(zhǔn)零點(diǎn)。上述步驟4中，內(nèi)隔板與下翼緣板的焊接順序是自構(gòu)件中間向兩端進(jìn)行。上述步驟5中，內(nèi)隔板與兩腹板焊接時(shí)順序?yàn)橛蔁o(wú)余量端向有余量端進(jìn)行，隔板與兩腹板之間的左右兩條焊縫同時(shí)進(jìn)行，自下而上跳焊焊接，跳焊間距為200mm，焊縫焊接至坡口1/3。上述步驟6中，內(nèi)隔板與上翼緣板的焊接順序是自構(gòu)件中間向兩端進(jìn)行。上述隔板與兩腹板、下翼緣板焊縫焊接至坡口深度l/3后，將彎扭構(gòu)件吊至焊接平臺(tái)上繼續(xù)焊接，焊接前對(duì)彎扭構(gòu)件進(jìn)行剛性固定，焊接時(shí)，翻轉(zhuǎn)構(gòu)件采用平角焊，焊接過(guò)程中要對(duì)構(gòu)件凹面的彎曲和扭曲尺寸進(jìn)行測(cè)量，彎曲超過(guò)8mm，及時(shí)對(duì)構(gòu)件翻身，焊接另一側(cè)的焊縫；當(dāng)扭曲超過(guò)15mm，立即停止焊接進(jìn)行火焰校正。上述腹板在與上翼板和下翼板之間的四條主焊縫焊接時(shí)，要兩條主焊縫同時(shí)對(duì)稱(chēng)焊接，即由兩名焊工先同時(shí)焊接下左主焊縫和上右主焊縫、然后同時(shí)焊接上左主焊縫和下右主焊縫；焊接過(guò)程中要對(duì)彎曲和扭曲尺寸進(jìn)行測(cè)量，四條主焊縫距兩端口各留IOOmm左右不焊接，待預(yù)拼裝合格后焊接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下特點(diǎn)和有益效果本發(fā)明根據(jù)箱型空間彎扭構(gòu)件是由四塊空間彎扭的板件組裝焊接成形的原理，將箱型空間彎扭構(gòu)件離散成四塊空間彎扭的板件，采用多點(diǎn)無(wú)模成形技術(shù)將平板壓制成符合要求的四塊空間彎扭板件，然后將這四塊空間彎扭板件在胎架上組裝焊接形成箱型空間彎扭構(gòu)件。彎扭板件多點(diǎn)無(wú)模成形原理則是將傳統(tǒng)的整體模具離散成一系列規(guī)則排列、高度可調(diào)的基本體(即沖頭)，通過(guò)對(duì)各基本體運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)控制，自由地構(gòu)造出成形面，實(shí)現(xiàn)板材的三維曲面成形。本發(fā)明先采用多點(diǎn)無(wú)模成形方法壓制成空間彎扭板件，用數(shù)控模具取代傳統(tǒng)的整體模具；通過(guò)實(shí)時(shí)控制變形曲面，實(shí)現(xiàn)可隨意改變板材的變形路徑和受力狀態(tài)，從而擴(kuò)大加工范圍；通過(guò)采用分段成形新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)小設(shè)備成型大工件；解決了傳統(tǒng)制作工藝難以解決的彎扭構(gòu)件制作難題，節(jié)約火工能源消耗，節(jié)省設(shè)備投入，大大降低了工程生產(chǎn)成本、提高了工程的生產(chǎn)效率。本發(fā)明與傳統(tǒng)模具工藝和傳統(tǒng)火工彎板工藝進(jìn)行生產(chǎn)成本費(fèi)用比較如表l所示。表l支出項(xiàng)目傳統(tǒng)模具工藝傳統(tǒng)火工彎板工藝本發(fā)明加oo噸壓力機(jī)500萬(wàn)元--500萬(wàn)元數(shù)控模具350萬(wàn)元5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)工程為例，其箱型彎扭構(gòu)件總計(jì)4000根，總用量約12000噸，則該工程由于采用本發(fā)明其生產(chǎn)成本費(fèi)用節(jié)約如下相對(duì)于傳統(tǒng)模具工藝(500+1.5X4000X4)-(500+350)=23650萬(wàn)元。相對(duì)于傳統(tǒng)火工彎板工藝[(1+0.15+0.072)X4000X4]-(500+350)=18702萬(wàn)元。本發(fā)明的環(huán)保節(jié)能效益是十分明顯的，以國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)工程為例，其箱型彎扭構(gòu)件總計(jì)4000根，總用量約12000噸，則該工程由于采用本發(fā)明導(dǎo)致能源節(jié)約如下相對(duì)于傳統(tǒng)模具工藝節(jié)約模具4000X446000套。成本節(jié)約1.5萬(wàn)元/套乂16000套=24000萬(wàn)元。相對(duì)于傳統(tǒng)火工彎板工藝節(jié)約彎支胎架l萬(wàn)元/套X(4000X4)套=16000萬(wàn)元。節(jié)約能源消耗0.15萬(wàn)元/套乂16000套=2400萬(wàn)元?？偝杀竟?jié)約16000萬(wàn)元+2400萬(wàn)元=18400萬(wàn)元。應(yīng)用本方法歷時(shí)四個(gè)月完成了國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)工程全部大尺寸箱型空間彎扭構(gòu)件加工任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了全部焊縫自檢及第三方檢査合格率100%的業(yè)績(jī)。本發(fā)明適用于板厚在10mm60mm范圍內(nèi)材質(zhì)為Q345、Q345GJ鋼的截面尺寸不大于1350mmX1350mm箱型空間彎扭構(gòu)件的工廠制作；對(duì)于其它截面形狀和強(qiáng)度等級(jí)的彎扭構(gòu)件制作也可以參照本發(fā)明。圖l是本發(fā)明步驟l彎扭鋼板無(wú)模成型開(kāi)始的示意圖。圖2是本發(fā)明步驟1彎扭鋼板無(wú)模成型過(guò)程的示意圖。圖3是本發(fā)明步驟1彎扭鋼板無(wú)模成型結(jié)束的示意圖。圖4是本發(fā)明步驟2胎架的架設(shè)示意圖。圖5是本發(fā)明步驟3下翼緣板安裝放置示意圖。圖6是本發(fā)明步驟4隔板安裝示意圖。圖7是本發(fā)明步驟5兩側(cè)腹板安裝示意圖。圖8是隔板與兩腹板焊接順序示意圖。圖9是圖8的A—A方向的示意圖。圖10是隔板與腹板和下翼板的焊接順序示意圖。圖ll是焊接過(guò)程測(cè)量部位及剛性固定示意圖。圖12是本發(fā)明步驟6上翼緣板安裝示意圖。圖13是四條主焊縫焊接順序示意圖。圖14是本發(fā)明在國(guó)家體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)工程應(yīng)用實(shí)施例的局部結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi)一上翼緣板、2—下翼緣板、3—兩側(cè)腹板、4一內(nèi)隔板、5—上排沖頭、6—下排沖頭、7—鋼平臺(tái)、8—胎架、9一左焊縫、IO—右焊縫、ll一下左主焊縫、12—上右主焊縫、13—上左主焊縫、14一下右主焊縫。具體實(shí)施方式這種箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法的實(shí)施例，由上翼緣板l、下翼緣板2、兩側(cè)腹板3、四塊板件組裝焊接成型，其特征在于步驟如下步驟l參見(jiàn)圖l-3，分別將上翼緣板、下翼緣板、兩側(cè)腹板置于數(shù)控模具的凸弧形排列的上排沖頭5和凹弧形排列的下排沖頭6之間，采用多沖頭無(wú)模沖壓成形的方法壓制成空間彎扭板件。采用無(wú)模成形工藝進(jìn)行空間彎扭板件的壓制成形時(shí)，主要涉及沖頭基本體調(diào)平、工件加工、大型工件分段成形等工藝內(nèi)容，其具體操作要點(diǎn)如下彎扭板件壓制前首先需要進(jìn)行基本體調(diào)平。首先需要進(jìn)行調(diào)平操作，確定所有基本體的初始零點(diǎn)，并保證其在同一參考平面內(nèi)。調(diào)平時(shí)，應(yīng)用控制軟件的手動(dòng)調(diào)形功能，將所有基本體的高度調(diào)整至一較低數(shù)值，保證調(diào)平裝置的順利放入。然后選擇調(diào)平選項(xiàng)，逐行將上下基本體群中所有的基本體調(diào)整至同一高度，以此高度值作為參考面，確定其基準(zhǔn)零點(diǎn)。分段成形，則需要多次調(diào)形、定位和成形，直到整張板材成形完畢。步驟2參見(jiàn)圖4，先在鋼平臺(tái)7上劃線，標(biāo)出胎架定位點(diǎn)，根據(jù)設(shè)定尺寸在鋼平臺(tái)上架設(shè)高矮不等的胎架8。裝配胎架可采用可調(diào)式胎架，鋼平臺(tái)要求平整度士2mm。具體方法是在鋼平臺(tái)上劃出各定位點(diǎn)的二維坐標(biāo)，先在鋼平臺(tái)上標(biāo)出彎扭構(gòu)件的胎架定位點(diǎn)作出標(biāo)記點(diǎn)，然后再設(shè)置胎架。根據(jù)給定的坐標(biāo)設(shè)置胎架，胎架間距不大于2000mm，為便于操作最低的支架離地高度為800mm。同時(shí)應(yīng)考慮牛腿的安裝空間。步驟3參見(jiàn)圖5，將下翼緣板2安裝放置在胎架8上，并與胎架貼合。具體方法是將噴有定位線的彎扭構(gòu)件的下翼板置于胎架上，調(diào)整板件與胎架的貼合度使其控制在2mm內(nèi)。板件的調(diào)整主要通過(guò)火焰+機(jī)械方法進(jìn)行，機(jī)械方法主要是利用重塊、葫蘆、千斤頂?shù)裙ぞ摺２襟E4參見(jiàn)圖6，在下翼緣板上定位內(nèi)隔板4位置，將一組內(nèi)隔板間隔直立焊接在下翼緣板上。內(nèi)隔板定位主要是通過(guò)下翼板上的噴粉線及內(nèi)隔板上部的一端點(diǎn)來(lái)進(jìn)行定位，隔板上部的一端點(diǎn)的投影點(diǎn)事先在鋼平臺(tái)上已標(biāo)出，在裝配時(shí)通過(guò)吊線垂及測(cè)標(biāo)高來(lái)確定空間位置，內(nèi)隔板與下翼緣板垂直。步驟5參見(jiàn)圖7，在焊接了內(nèi)隔板4的下翼緣板兩側(cè)焊接兩側(cè)腹板3。兩腹板安裝以?xún)?nèi)隔板及下翼板作為定位基準(zhǔn)，待各板件之間相互裝配貼合后進(jìn)行定位焊，組裝時(shí)截面尺寸加4mm的余量。組裝定位焊從下翼板的中部開(kāi)始向兩側(cè)進(jìn)行，局部間隙采用花籃螺絲(板厚《20)或15-30噸的拉桿式液壓千斤調(diào)整或采用專(zhuān)用的裝配工具進(jìn)行裝配。在下胎架前測(cè)量構(gòu)件兩端頭之間的相對(duì)距離，作為后道焊接工序中的焊接變形的跟蹤測(cè)量。步驟6參見(jiàn)圖12，在兩側(cè)腹板和內(nèi)隔板頂部焊接上翼緣板l，焊接形成箱型空間彎扭構(gòu)件。鋼板的回彈量與板厚、成型壓力及板件成形后的變形程度有關(guān)，鋼板回彈性量的取值是否合理直接關(guān)系到彎扭板件的成形質(zhì)量和生產(chǎn)效率。為了保證彎扭板件成形質(zhì)量和加工效率應(yīng)采用表2所示的工藝參數(shù)。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>參見(jiàn)圖8、圖9，上述隔板與兩腹板焊接時(shí)順序?yàn)橛蔁o(wú)余量端向有余量端進(jìn)行，隔板與兩腹板之間的左焊縫9和右焊縫10同時(shí)進(jìn)行，自下而上跳焊焊接，跳焊間距為200mm，焊縫焊接至坡口1/3。每塊隔板的焊接方法相同。參見(jiàn)圖IO，整體焊接順序?yàn)橛蓸?gòu)件中間向兩端進(jìn)行，焊縫焊接至坡口1/3。焊接平臺(tái)上彎扭構(gòu)件的焊接參見(jiàn)圖ll，隔板與兩腹板、下翼緣板焊縫焊接至坡口深度1/3后，將U型彎扭構(gòu)件吊至焊接平臺(tái)上繼續(xù)焊接。焊接前對(duì)U型彎扭構(gòu)件進(jìn)行剛性固定。焊接時(shí)，翻轉(zhuǎn)構(gòu)件采用平角焊，焊接過(guò)程中要對(duì)構(gòu)件凹面的AC，BD(彎曲)，AD，BC(扭曲)等尺寸進(jìn)行測(cè)量；當(dāng)AC或BD(彎曲)超過(guò)8mm，應(yīng)及時(shí)對(duì)構(gòu)件翻身，焊接另一側(cè)的焊縫；當(dāng)AD或BC(扭曲)超過(guò)15mm，立即停止焊接進(jìn)行火焰校正，并調(diào)整加強(qiáng)體的連接位置。參見(jiàn)圖13，上述腹板與上翼板和下翼板之間的四條主焊縫焊接時(shí)，要兩條主焊縫同時(shí)對(duì)稱(chēng)焊接，即由兩名焊工先同時(shí)焊接下左主焊縫11和上右主焊縫12、然后同時(shí)焊接上左主焊縫13和下右主焊縫14;焊接過(guò)程中要對(duì)彎曲和扭曲尺寸進(jìn)行測(cè)量，四條主焊縫距兩端口各留100mm左右不焊接，待預(yù)拼裝合格后焊接。權(quán)利要求1.一種箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，由上翼緣板(1)、下翼緣板(2)、兩側(cè)腹板(3)、四塊板件組裝焊接成型，其特征在于步驟如下步驟1，分別將上翼緣板、下翼緣板、兩側(cè)腹板置于數(shù)控模具凸弧形排列的上排沖頭(5)和凹弧形排列的下排沖頭(6)之間，采用多沖頭無(wú)模沖壓成形的方法壓制成空間彎扭板件；步驟2，先在鋼平臺(tái)(7)上劃線，標(biāo)出胎架定位點(diǎn)，在鋼平臺(tái)上架設(shè)高矮不等的胎架(8)；步驟3，將下翼緣板(2)安裝放置在胎架(8)上，并與胎架貼合；步驟4，在下翼緣板上定位內(nèi)隔板(4)的位置，將一組內(nèi)隔板間隔直立焊接在下翼緣板上；步驟5，在焊接了內(nèi)隔板(4)的下翼緣板兩側(cè)焊接兩側(cè)腹板(3)；步驟6，在兩側(cè)腹板和內(nèi)隔板頂部焊接上翼緣板(1)，焊接形成箱型空間彎扭構(gòu)件。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，其特征在于上述步驟1中，彎扭板件壓制前首先需要進(jìn)行沖頭調(diào)平，確定所有沖頭的初始零點(diǎn)，并保證其在同一參考平面內(nèi)，調(diào)平時(shí)，先將所有沖頭的高度調(diào)整至一較低數(shù)值，保證調(diào)平裝置的順利放入，然后將上下沖頭群中所有的沖頭調(diào)整至同一高度，以此高度值作為參考面，確定其基準(zhǔn)零點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，其特征在于上述步驟4中，內(nèi)隔板與下翼緣板的焊接順序是自構(gòu)件中間向兩端進(jìn)行。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，其特征在于上述步驟5中，內(nèi)隔板與兩腹板焊接時(shí)順序?yàn)橛蔁o(wú)余量端向有余量端進(jìn)行，隔板與兩腹板之間的左右兩條焊縫同時(shí)進(jìn)行，自下而上跳焊焊接，跳焊間距為200mm，焊縫焊接至坡口1/3。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，其特征在于上述步驟6中，內(nèi)隔板與上翼緣板的焊接順序是自構(gòu)件中間向兩端進(jìn)行。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，其特征在于上述隔板與兩腹板、下翼緣板焊縫焊接至坡口深度l/3后，將彎扭構(gòu)件吊至焊接平臺(tái)上繼續(xù)焊接，焊接前對(duì)彎扭構(gòu)件進(jìn)行剛性固定，焊接時(shí)，翻轉(zhuǎn)構(gòu)件采用平角焊，焊接過(guò)程中要對(duì)構(gòu)件凹面的彎曲和扭曲尺寸進(jìn)行測(cè)量，彎曲超過(guò)8mm，及時(shí)對(duì)構(gòu)件翻身，焊接另一側(cè)的焊縫；當(dāng)扭曲超過(guò)15mm，立即停止焊接進(jìn)行火焰校正。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，其特征在于上述腹板在與上翼板和下翼板之間的四條主焊縫焊接時(shí)，要兩條主焊縫同時(shí)對(duì)稱(chēng)焊接，即由兩名焊工先同時(shí)焊接下左主焊縫(11)和上右主焊縫(12)、然后同時(shí)焊接上左主焊縫(13)和下右主焊縫(14);焊接過(guò)程中要對(duì)彎曲和扭曲尺寸進(jìn)行測(cè)量，四條主焊縫距兩端口各留100mm左右不焊接，待預(yù)拼裝合格后焊接。全文摘要一種箱型空間彎扭構(gòu)件加工制作方法，步驟1，分別將上翼緣板、下翼緣板、兩側(cè)腹板置于數(shù)控模具的上排凸弧形沖頭和下排凹弧形沖頭之間，采用多沖頭無(wú)模沖壓成形的方法壓制成空間彎扭板件；步驟2，先在鋼平臺(tái)上劃線，標(biāo)出胎架定位點(diǎn)，在鋼平臺(tái)上架設(shè)高矮不等的胎架；步驟3，將下翼緣板安裝放置在胎架上，并與胎架貼合；步驟4，在下翼緣板上定位內(nèi)隔板位置，將一組內(nèi)隔板間隔焊接在下翼緣板上；步驟5，在焊接了內(nèi)隔板的下翼緣板兩側(cè)焊接兩側(cè)腹板；步驟6，在兩側(cè)腹板和內(nèi)隔板頂部焊接上翼緣板，焊接形成箱型空間彎扭構(gòu)件。適用于10mm～60mm板厚的箱型空間彎扭構(gòu)件的工廠制作。文檔編號(hào)B21D5/00GK101259579SQ200810301110公開(kāi)日2008年9月10日申請(qǐng)日期2008年4月14日優(yōu)先權(quán)日2008年4月14日發(fā)明者李久林,邱德隆,高樹(shù)棟申請(qǐng)人:北京城建集團(tuán)有限責(zé)任公司