材料的合理利用

第二章　放样与号料技术

第一节　放样技术

放样和号料是制造冷作产品的第一道工序，是由图纸到零件尺寸形状确定的一段工作。这道工序的工作质量，直接影响到最终的产品质量。放样与号料是一项十分重要而且细致的工作，是一项脑力劳动大于体力劳动的工作，也是一项每天量尺寸成百上千而不容许一个尺寸出错的工作。由于实尺放样可以直接求出零件的尺寸和形状，故应用较多。计算法放样不存在放样时的画线尺寸误差，方便快捷，日益得到广泛应用。计算机放样也已走入专业焊接结构生产厂，由工艺编制部门直接输入图纸尺寸，产生下料样板或气割下料程序。因此，大大减少了放样工作量，提高了产品的质量。

一、放样平台

放样就是将施工图按一定的比例画出来，求得零件的下料尺寸、形状和弯曲卡样板、下料用展开图样板、下料用样杆样箱等的工作过程。

放样平台，也叫放样地板，主要用于展开放样、样板制作、尺寸采取。平台的面积主要根据产品结构的大小和厂房作业条件的情况因地制宜地确定。地点最好选择采光好、无干扰、噪音小、无灰尘的环境，以便于下料人员专心放样和制作样板，提高放样展开的工效和样板制作精度。放样平台一般用槽钢、工字钢做骨架，用8～10mm厚的钢板点固而成，也可用木板铺成。平台板面应光滑平整，拼接处无缝隙。应经常保持平台清洁，无灰尘。

为方便放样，可以在平台中心打上十字垂直基准线和常用角度线，并打样冲印标记，在中心线上打上单位长：1m、2m、3m等尺寸，并打样冲印标记，每个标记都用白铅油画上括号或圆圈，并标数据，如图2-1所示。也可以用各种颜色的铅油和粉线在放样平台表面画上类似于坐标纸的横竖直线，这样就避免了放样时重复作直角线的麻烦，也减少了尺寸和角度误差，同时方便了画线和对样板的检查。

图2-1　放样平台上的基础线

二、放样基准

在按图纸放样时，首先应找出设计基准，理解设计者意图，确定尺寸的出发点，确保构件生产后的使用。在设计图样上，用来确定其他要素的位置的点、线、面称为设计基准。放样时，一般都是选择图样的设计基准来作放样基准的。因此，就要求放样前必须仔细地分析图样，找出图样的设计基准。

常见钢结构图样中的设计基准一般有以下三种类型。

1.采用互相垂直的轮廓线（或平面）作为基准

如图2-2（a）所示的支架，构件的使用面很明显是左角钢面和下角钢面，互相垂直的左轮廓直线和下轮廓直线是该施工图样的设计基准，也是放样所依据的基准。

2.以互相垂直的两条中心线作基准

如图2-2（b）所示的内　角钢圈使用面是角钢圈的内环面或外环面，两条互相垂直的中心线是该施工图的设计基准，也是放样基准。

3.以一条轮廓线和与其垂直的中心线作基准

如图2-2（c）所示的施工图中，高度方向上的尺寸是依底边轮廓线为依据的，所以底边轮廓线是高度方向上的基准；而宽度方向对称于中心线，所以中心线是宽度方向上的基准。它们是该图样的设计基准，也是放样基准。

图2-2　放样基准的选择

三、画线工具的使用

1.卷　尺

（1）卷尺的里面是弹簧，靠其弹力抽回卷尺。如果使用时卷尺缩进尺盒或失去了弹力，可以打开尺盒重新卷好。

（2）量取尺寸时，有时挂钩外弯，影响尺寸精度，要及时检查。量尺寸时，尽量不要让出一段，以免量错尺寸。

（3）量画平行线时，要注意量尺的方向。卷尺本身具有误差，尺寸精度要求较高时，应与需求产品方核对卷尺刻度，以免造成麻烦。

（4）量悬空尺寸时，要考虑到卷尺因自重而产生的下挠。

（5）卷尺尺条弯折后会影响尺寸精度，使用中要经常保持尺条处于收回状态。如果尺条回抽力不足，可以打开尺盒缠紧后扣上盒盖拧紧螺钉。

2.圆　规

圆规的规格不同，画展开图时，应多用几把圆规。画线时，不变的尺寸应该固定用一个圆规。圆规的尖端应该焊上合金钢尖，使其耐磨。画镀锌板时，不是切断的线不要用力画。圆规太紧或太松时，可以敲打震动铆钉或砸紧铆钉。圆规规尖不够尖时，反复量距离会产生较大的尺寸误差。

3.粉　线

打粉线时，要垂直向上提，避免打歪而形成弧线。用粉线也可以打墨线或油线，粉线的直径不要大于1mm。粉线可以用丝琴弦经水煮后使用。

4.样　冲

样冲可以用废钻头磨制，尖端磨成45°～60°的圆锥形，淬火后使用。

打样冲时，先倾斜样冲，将尖端对准，再竖直用小手锤轻打。

5.平尺和直角尺

平尺和直角尺常用1～3mm厚不锈钢制成，用于画直线，也可以弯曲后画圆滑曲线。应经常检查直角尺的角度和直线度。轻敲尺的边可以调节角度和直线度。使用时，注意尺身不要被砸。

四、样板、样杆和样箱的制作

1.样板的分类

样板可以分为：号孔样板、号料样板、卡形样板和定位样板。样板、样杆和样箱的形状见图2-3。

图（a）是需要钻孔的零件，图（b）是钻孔时打样冲的号孔样板。

图（c）是拉筋板零件，图（d）是与拉筋板形状一样的下料画线样板。

图（e）是检查零件弯曲程度的卡形样板。

图（f）表示立板和底板间的装配。图（g）是供装配立板的装配位置画线样板或直接用样板给零件定位进行装配。

图（h）是有孔角钢的零件示意图，用画线规画出孔的中心线后，用图（i）所示的标有孔距的样杆画出孔的位置，并打上样冲印。

图（j）是插头槽钢示意图，画线时用图（k）所示的样板铁成的样箱在槽钢上画线。

图2-3　样板、样杆和样箱

2.制作样板使用的材料

制作样板经常使用的材料有硬纸板、油毡纸和薄铁皮。

（1）硬纸板。常用规格是800mm×1 100mm。使用硬纸板制作样板的优点是比较经济，适用于做一些较小工件的展开样板。可以用铅笔、圆珠笔直接在纸板上放小样，或直接画一些小的工件样板，精度比较高。但受潮容易变形，不适于长期保留。画线时要注意，不能在潮湿的钢板上画线，同时放在干燥处保存。

（2）油毡纸。一般规格是1m×(15～20)m，用来制作较大的样板，一般常在平台放出实样，采用覆盖过样法画线，宽度不够可以拼接，用样板铁剪成菱形小块，像订书一样拼接。缺点是过冷变脆、过热变软，影响号料精度，也不便于长期保存。

（3）薄铁板。热轧低碳钢板或镀锌板。常用厚0.35～0.5mm，幅面为1 000mm×2 000mm的薄铁板制作样板，较长的样板可以采用1m宽的薄卷板，或拼接。可以用咬口的方法拼接，也可以用小铆钉连接。由于铁板样板不易变形，可以长期保存，制成后要涂刷防锈漆，便于书写标记，防止锈蚀。保存时，按产品号顺序放置，像挂衣服一样挂在横杆上。

由于铁板造价高，所以一次性的样板多用纸板或油毡纸制作。

样杆一般用25mm×0.8mm或20mm×0.8mm钢带制作。也可以用钢筋、木板条等材料制作。

3.过样法

一般情况下直接在样板材料上画线。不便于在样板料上直接画线或者在画展开图时只将展开图画在样板料上时，要将平台上的图样过到样板材料上，这种方法叫过样法。

（1）直接放样法。在一些图样上标注尺寸齐全，而又不需要展开或放样求得尺寸时，可以用编制零件尺寸表的方式下料，不用作样板。不便于直接在钢板上画线，或者零件为不规则图形而且数量较多时，可以按图样用1∶1的比例直接画在样板材料上。

（2）过样法。将平台上的图样过到样板上的方法很简单，依个人习惯采用不同方式。下面介绍两种过样方法。

直线型图形的过样实例如图2-4所示，图（a）是放样平台上的图。过样时，如图（b）所示，先延长各边，将样板料覆盖在图样上，见图（c），连接各条直线，见图（d），图样就过到样板料上了。

本例的过样也可以采用三角形法用三角形依次画出，但是误差较大。

图2-4　覆盖过样法

曲线形图样过样法实例见图2-5。图（a）是平台上的图样，延长了各条素线后，覆盖样板材料见图（b），连接各条素线见图（c），作辅助线mn。量取直线mn到曲线的距离到样板上，得到要覆盖后的图形。

图2-5　过曲线样方法

4.样杆、样箱的制作

在型钢上画线时，准确地量取长度是号料精度的关键。用卷尺量取长度即麻烦又容易出错，因而，在批量生产时常采用样杆号料。在样杆上要注明零件的代号、型钢规格、孔径、端头形状、左右对称的根数、中间切口部位等，可以用不同的符号代表不同的含义。

型钢的断面较大或较长时，应该用卡子卡住样杆。端头有插头时，可以用局部样板在画好长度线后画出端头形状。

样箱是型钢端头的画线样板。放样时，画出端头形状后，将样板铁折成直角或槽形、工字形成为样箱。号直头料时，样板代替了直角尺，提高了画线的速度和精度。

制作样杆时可以将钢带涂上油漆后画线，也可以在钢带上打上扁铲印或样冲印，用铅油标记。

常用的角钢、槽钢、工字钢样箱见图2-6。

图2-6　画线样箱示意图

五、零件的加工余量和放样误差

钢板厚大于6mm时，焊接接头要留有间隙，如果是剪切下料，要减小1～2mm。气割下料时，板厚越大割缝越宽，气割后的尺寸应与要求的尺寸一致。

气割后还要机械加工的零件，号料时要预留加工余量。零件的尺寸越大，板越厚，加工余量越大。而余量过大又会增加切削量，浪费材料和工时。一般情况下，机械加工周边余量留2～5mm，厚度增加2～4mm。

放样误差一般限制在0.5～1mm。累积放样误差、号料误差、下料误差、装配误差、焊接变形，最终的误差一般为2～5mm。因此，放样和号料时要十分仔细。

六、放样实例

1.仓体耳座的放样

仓体耳座见图2-7。从整体上看，这是一个支座，由8mm厚的普通钢板焊接而成。由图纸上的技术要求知道支座底板上的孔先不钻出。支座由上下两部分组成，件2和件4不连在一起。从放样角度看，如果生产台数少，只需作出下料尺寸表即可，并不用作样板。如果生产的台数多，件1可以作局部下料样板。

图2-7　仓体耳座产品图

件2、3、4、6是构件内部筋板，下料高度公差只能是负差。考虑到装配时，板与板间不可能毫无间隙，筋板的高度可以小0～1mm。

件1的下料尺寸和局部下料样板见图2-8。图2-8（a）是件1的零件图。在画线时，如果不想画30°，可以计算出直角边长，如图2-8（b）所示，在三角形ABC中，AB/AC=tan30°，所以AB=AC×tan30°=134×0.577=77.4mm。实际画线时，可以先画出图示尺寸，再用图（c）所示的局部样板画角度线。

其他各件的下料尺寸可以核对零件表所示尺寸后，直接画线下料。

图2-8　仓体耳座件1下料图

2.矩形管与矩形管扭转连接件的放样

下面介绍用三角形法展开放样的一个实例。

在安装通风管道时，由于构件的生产和安装误差，可能造成上下口的扭曲，如图2-9所示，上下口为不同尺寸的矩形管，上口扭曲。由于上下口扭曲，不可能用四块平板连接，但是，可以用8个三角形平面连接。如图2-10所示，将构件连成125、158、148等三角形。

上下口平行，都处于水平面内，上下口在俯视图上投影的边长均为实长。其他连接上下口的直线都需要求实长。求实长的方法是：量取俯视图上各线的投影长作为一个直角边，主视图的上下口间距离h作另一个直角边，斜边即为所求的直线实长。

各线的实长求出后，即可依次画出三角形，得到展开图。已知三角形的三条边，画三角形很简单，先在俯视图上量取边长58，再分别以5、8为圆心，以51、81直线的实长为半径画弧，交出点1。再以直线18为三角形的底边，分别以1、8为圆心，以14、84的实长为半径画弧，交出点4。依次画出各三角形，直至完成展开图。

图2-9　上下口扭转的矩形连接管实长图

图2-10　上下口扭转的矩形管展开图

第二节　号料技术

号料是将零件的轮廓线画在金属材料上的工序。根据零件尺寸表和下料样板，将零件图样画在金属材料上也是一个重要的工序，需要细致认真地完成。

一、号料时的注意事项

（1）准备好石笔、粉线、卷尺、铅油、样冲、手锤、样板、材料表等画线工具。

（2）重新看图纸核对下料尺寸，以免产生废品。

（3）号料前，要核对金属材料的材质、规格、表面质量等是否符合图纸要求。例如板厚偏差、角钢厚度偏差、角钢边宽等尺寸，如果偏差过大会影响产品的整体尺寸。如果改变型钢的型号，应修改连带的零件尺寸。

（4）板料和型钢在号料前如果弯曲过大会影响零件尺寸，应将材料垫平或矫平后再号料。

（5）号料时必须写清零件的件号，作好标注。

（6）钢板尺寸不够，需要拼接时，要符合有关规定，一般情况下，不允许宽板拼接窄条。

（7）画压力容器筒身的展开料时，应沿钢板轧制方向量取圆周的展开长。折弯件应将折弯线倾斜于轧制方向。

（8）需要剪切的零件，号料时要考虑剪切顺序，画线要合理。

（9）注意节约材料。先画大件后画小件，画较多小件时，要先到边角料库寻找小料。使用边角料时要注意材质是否符合。

二、在构件上画线

有些构件在生产过程中还要画线，有时，还需要作装配卡样板，现举几个实例如下。

1.封头的去边和开孔

图2-11是封头压制后的画线方法。图2-11（a）表示自制一个丁字尺，在不同方向测量后得到封头的中心。图（b）是用画针画椭圆形封头的去边线。图（c）是利用直角弯尺找封头中心的方法，先在底板上画出封头直径大小的圆，放上封头后，用直角尺和卷尺测量封头的中心。

2.圆筒上开孔的画法

圆筒卷圆后在筒体上画线的方法见图2-12，人孔管与筒身间用角搭角焊接时，开孔的画线样板可以看成是椭圆，长半轴是图示中的弧长S，短半轴是圆筒的外半径r。如果圆管穿入管内，画线方法相同。

图2-11　封头的画线

图2-12　人孔的画法

3.人孔补强板的画法（图2-13）

人孔补强板必须卷圆后下料。钢板卷圆后用样板在弯曲好的钢板上画线，样板的求法同上例人孔的画法。

4.圆筒筒身上素线的求法

（1）下料时在展开料上画出筒体的四个中心线及管口位置线，并打上样冲印，卷制后再按样冲印画线。此种方法的缺点是在卷制过程中，由于氧化皮的脱落，卷制后样冲印不好找。

图2-13　人孔补强板的画法

（2）如图2-14所示，将筒体立起后，用角钢头、钢筋等吊起铅锤，测量铅垂线与筒体间的距离，调整筒体，使其距离一致，然后用目测的方法，根据铅垂线画出筒体的素线。

（3）如图2-14所示，圆筒卷制结束后，利用卷板机的上辊根据目测或灯光照影画出一条素线，再取下筒体盘量筒体的外周长，画出其他素线。

（4）利用经纬仪画素线。首先利用经纬仪测量，将筒体垫为水平，再让一个人测量，另一个人画标记确定素线。

图2-14　筒体上素线的求法

三、材料的合理利用

为了节约钢材，应该对多种画线排料的方案进行比较，采用最省料的方案下料。

1.用线性规划方法解决型钢下料问题

数学分类中的线性规划理论可以解决合理下料问题。例如：

某构件需要3m、4m长的角钢各100根，库房里只有10m长的角钢，问怎样下料最合理？

解:10m长的角钢，只有三种下料法：截取3m、3 m、3 m长三段，余1 m残料；截取3 m、3 m、4 m无残料；截取4 m、4 m长两段，余残料2 m。

设各截法需用10 m长的原料分别为x1、x2、x3根，则3米长的角钢3x1+2x2根，4m长的角钢x2+2x3根，而3m、4m的角钢各需100根，所以应满足条件

最合理的下料方法应是使所用的原料最省，即：应使函数S=x1+x2+x3最小。用单纯形法可以解出：

x1=0，x2=50，x3=25。

也就是说，不采用第一种下料方法，而采用第二、第三种下料方法。

用第二种3m、3m、4m无废料的方法用去50根角钢，量出100根3m和50根4m的料。

再用25根料采用第三种下料方法：4m、4m余2m的方案号出50根4m长的料。

共用去75根10m长的原料，这是最省的用料量。

2.合理的号料方法

材料的利用率是指零件的总面积与钢板的总面积之比。下料时，必须最大限度地提高原材料的利用率。下面介绍几种常用的节约用料方法。

（1）先画大料后画小料。号料时，将大料、长料先画出，然后用剩余的部分画小件、短件，这是最常用的方法。

（2）建立边角料仓库。大型非标准焊接结构生产厂都有边角料仓库，按材质、厚度、型钢规格等指标堆放，以便于号料。号小件时，应先到边角料库去寻找。

（3）拼接。数量较大的中空型板件，应优先考虑采用拼焊的方法生产，例如起重机主梁的隔板、大型结构件的法兰等。如图2-15所示，图（a）是起重机主梁的隔板，如果整体下料，按图示比例，只能画6个零件。而拼接下料可以拼接8个零件，因此生产中常采用拼接的方法。

图2-15（b）为大型法兰的下料方案，由于法兰的边比较宽，拼接下料还是出4个法兰，加上焊接、校正的成本，反而浪费，就不宜拼接。当法兰的边宽比较窄，直径比较大时，如图（c）和（d）所示，可以增加将近2个法兰，可以考虑拼接。

图2-15　拼接法下料

3.排样套号

将不同形状的零件穿插，套在一起画线可以节约原材料。如果是大批量生产，特别有必要对各种排料方案进行比较分析，如果修改局部尺寸可以方便套号时，可以与设计部门联系，协商修改局部尺寸。

四、型钢弯曲件的号料

经常使用的型钢有：角钢、槽钢、工字钢。型钢弯曲件的下料比较简单，切口的弯曲件保留不弯曲边的形状，弯曲边按壁厚中心圆弧计算展开长。不开口的弯曲件按截面的中心或重心计算展开长。

1.角钢框的下料

（1）角钢内弯框。角钢弯曲时，直边在外面称为内弯。如图2-16（a）所示，角钢内弯矩形框，不弯曲的下边保持要求的形状，下料时开直角口，可以用气割割除直角切口，也可以冲、剪而成。弯曲的立边按里皮下料，见图2-16（b）。用气焊枪加热弯曲，弯曲后进行简单的矫形。接口一般选在直边中间。

（2）角钢外弯框。弯曲角钢时，如图2-16（c）所示，直边在里面时称为外弯。外弯时展开长仍按里皮下料，见图（d），切口后，弯曲并加补角的四块方板，焊接后，用砂轮磨平。

（3）拼接角钢框。在不影响使用的情况下，经常采用如图2-16（e）所示的拼接方法。下料、焊接都简便，而且变形小。在通风管道上应用较多。

图2-16　角钢框的下料

2.角钢的圆弧形切口

当角钢内弯并且使弯曲处圆滑过渡时，如图2-17所示，不弯曲的一面按所需形状直接画出，切口一般选在角分线上。弯曲边的展开长按板厚中心圆弧长计算。

图2-17　内弯角钢的圆弧切口

3.槽钢侧弯圆角切口

如图2-18所示，弯曲槽钢的上下翼板形成圆弧时，槽钢的腹板形状不变，弯曲边的展开长仍按板厚中心计算。图示圆弧恰为整圆的1/3，按板厚中心计算出圆周长后，取其1/3。

图2-18　槽钢侧弯的圆弧切口

4.角钢圈、槽钢圈的下料长度计算

角钢圈、槽钢圈、工字钢圈的下料长度计算公式很简单，弯曲断面对称时，按中心计算展开长。断面不对称时，按断面的重心处的弧长计算。

现举四个实例介绍如下，见图2-19。由图可见，型钢的断面对称时，按型钢中心计算，展开长为π（d＋b），d是内直径，b是型钢宽度。

当型钢断面不对称时，按型钢的断面重心距计算。内弯时，用外直径减去两个重心距作为展开直径。外弯时，用内直径加上2倍型钢重心距作为展开直径。

图2-19　角钢、槽钢圈的下料长度计算

5.斜截工字钢的下料样箱制作

斜截型钢的下料样板和型钢间的插头样板都应制作下料样箱。现以斜截工字钢为例介绍样箱的制作。见图2-20。图示工字钢的表面素线都是铅垂线，在主视图上的投影反映实长。取主视图上的素线长、俯视图上断面的各段长度为展开图的底边画出展开图。用镀锌板折弯后形成图示的样箱。

图2-20　斜截工字钢下料样箱制作

本章小结

放样和号料是制造冷作产品的第一道工序，工厂中的高级放样人员的水平往往代表了结构生产厂的水平。样子房的工人最好在下料的剪切、气割、冷曲、火曲等工序工作一段时间，再到装配工序组装板类、型钢类产品，熟悉各类产品的生产方法，取得一定经验后再到样子房工作就会得心应手。

本章还以结构件“耳座”为例，介绍了实际钢结构的放样方法。铆工放样时，常需要进行展开放样，展开放样在下一章详细介绍。

号料就是按放样时编出的零件下料尺寸表和样板将零件图样画在金属材料上的过程。号料技术包括在钢板上画线法、在金属结构件上画线的方法、在型钢上的画线方法。

利用零件表和样板在钢板上画线比较简单。在型钢上画线，要求准确的直角尺和很小的画线误差才能保证截面的准确，而制作样箱后，能准确快速的在型钢上画线，本节以斜截工字钢为例介绍了样箱的制作方法。

由于生产过程的需要，要在一些零件或部件上画线。对于如何在金属构件表面上画线、如何找到画线的基准、如何找曲面的中心等实际问题，结合实例进行了介绍。

当产品的数量很多时，如何节约下料的问题很重要。多设想几个下料方案并进行对比，找出最省料的方案是必须考虑的问题。