项目六 加工薄板工件
●项目目标
明确下料、矫正、弯曲、铆接的基本方法和操作要点；掌握弯曲毛坯长度、铆钉直径和长度的确定方法。
●项目任务概述
本项目是薄板工件的加工，如图6.1所示。按加工要求需要进行下料、矫正、弯曲、钻孔、铆接等工作，其中需要进行相关的计算。
图6.1 项目六工件加工图
●材料及工量具准备
本项目所需材料：Q235钢板。
本项目所需工量具：划针、钢直尺、划规、样冲、台虎钳、手锤、扁錾、锉刀、钻头、游标尺、压紧冲头、罩模、顶模、半圆头铆钉等。
●加工过程
表6.1为薄板工件的加工过程。
表6.1 加工过程
6.1 下 料
6.1.1 学习目标
（1）知识目标
明确薄板下料的方法。
（2）技能目标
掌握小尺寸薄板的手工下料操作技能。
6.1.2 任务描述
本次任务是将所给材料按图纸尺寸要求进行下料。下料前需要对坯件毛坯长度进行计算，以确保弯曲后达到图样要求。
6.1.3 相关知识
（1）中性层概念
钢板弯曲前后的情况，如图6.2所示。弯曲部分的外层材料因受拉而伸长，内层材料因受压而缩短，中间有一层材料弯曲前后长度不变，称为中性层。
图6.2 钢板弯曲前后的情况
中性层的位置一般都不在材料厚度的中间，而是取决于材料变形半径r和材料厚度t的比值r/t，见表6.2。
表6.2 弯曲中性层位置系数Xo
①当材料的厚度t一定时，比值r/t越小，则中性层位置系数Xo也越小。中性层越靠近内曲面，工件外弯曲金属受到的拉伸应力也就越大。当拉伸应力超过材料的抗拉强度时，工件外弯曲材料将会失效。因此，r/t存在一极小值。材料不同，极小值（r/t）min值也不同，可参考有关资料确定。
②当弯曲半径r＞16t时，中性层在材料厚度的中间。为简化计算，一般可认为当r/t≥5时，即可按Xo=0.5计算。
（2）弯曲前毛坯长度计算
弯曲的形式有多种，如图6.3所示，为常见的几种弯曲形式。图中（a）、（b）、（c）为内面带圆弧的制件，（d）是内面为直角的制件。
图6.3 常见的弯曲形式
弯曲前毛坯计算可按以下步骤进行：
①将工件复杂弯曲形状分解成几段简单的几何曲线和直线。
②计算r/t值，按表6.1查出中性层位置系数Xo值。
③按中性层分别计算出各段几何曲线的展开长度。
④各简单曲线的展开长度和直线长度之和即为毛坯的展开长度。
⑤弯曲毛坯圆弧中性层长度计算公式：
式中 A——圆弧部分的长度，mm；
r——内弯曲半径，mm；
Xo——中性层位置系数；
t——材料厚度，mm；
a——弯曲角（即弯曲中心角。整圆弯曲时，α=360°；直角弯曲时，α=90°）。
内面弯曲成不带圆弧的直角制件，求毛坯长度时，可按弯曲前后毛坯体积不变的原理计算，一般采用经验公式计算，取A=0.5 t。
例6.1 将厚度t=4 mm的钢板坯料弯曲成图6.3（c）所示的制件，弯曲角α=120°，内面弯曲半径r=16 mm，边长L1=60 mm，L2=120 mm，求坯料长度L是多少？
解：（1）L=L1+L2+A
（2）r/t=16/4=4查表6.1得出Xo=0.41
（3）A=π（r+Xot）α/180°
=3.14×（16+0.41×4）×120°/180°
=36.93（mm）
（4）L=60+120+36.93=216.93（mm）
例6.2 把厚度t=3 mm的钢板坯料，弯曲成图6.3（d）所示的制件，L1=60 mm，L2= 100 mm，求坯料长度。
解：因为是内面为直角的弯曲制件，所以
L=L1+L2+A
=L1+L2+0.5t
=60+100+0.5×3
=161.5（mm）
由于材料自身性质的差异和弯曲工艺、操作方法不同，理论上计算的坯料长度与实际所需坯料长度之间会有误差。所以，成批生产时，一定要进行试弯，确定坯料长度，以免造成成批废品。
想一想
为保证工件准确的外形尺寸，采取先将工件弯曲成形，再去除多余的材料的做法行吗？为什么?
6.1.4 工件下料加工工艺及评分标准
（1）准备工作
①按图样要求，计算出制件的坯件长度。
②准备好下料所需工具、量具。
③在坯件材料上按图样要求分别划出下料尺寸线。
（2）下料加工工艺
由于本项目坯件为小尺寸薄板件，可在台虎钳上进行錾削下料，如图6.4（a）所示，用扁錾沿钳口自右向左成45°方向錾削。由于坯件材料为2 mm，也可按如图6.4（b）所示方法錾削下料。
其下料工艺过程为：
①计算件1的坯料长度：
L=L1+L2+L3+L4+L5+4A≈130.5（mm）
根据图6.1所示要求，在坯料长宽方向各留1 mm加工余量，即件1坯料尺寸取131.5 mm× 31 mm；件2坯料尺寸取93.5 mm×31 mm。
图6.4 錾削板料
②划线。
③下料。在虎钳上按图6.4（a）所示方法进行件1、件2坯件的下料。
注意事项
1.工件的切断尺寸线要与钳口平齐，确保下料尺寸。
2.夹持要牢固，防止在切断过程中板料松动而使切断线歪斜。
（3）评分标准
表6.3为下料评分标准。
表6.3 下料评分标准
●自我总结与点评
1.自我评分，自我总结操作是否正确，安全文明实训方面的情况。
2.操作完毕，整理工位，做好工、量具的清洁和保养工作。
●思考练习题
1.弯曲操作中，中性层位置受哪些因素的影响？
2.如图6.3（b）所示，已知坯件直径为8 mm，r=40 mm，L1=60 mm，L2=80 mm，L3= 110 mm，求制件的毛坯长度。
3.弯曲工件如图6.5所示，求其毛坯长度。
图6.5 计算弯曲工件的毛坯长度
●技能训练题
按图6.1进行下料技能训练。
6.2 矫正、弯曲
6.2.1 学习目标
（1）知识目标
明确矫正、弯曲的基本知识。
（2）技能目标
掌握矫正、弯曲的常用方法及操作要点。
6.2.2 任务描述
本次任务是将本项目图6.1中下料的坯件进行矫正，并按如图6.1所示要求进行弯曲。
6.2.3 相关知识
（1）矫正
1）概述
材料或制品由于制造、运输或保存不当，会造成弯曲、扭曲、凹凸不平等变形，消除这些变形的加工方法，称为矫正。
金属材料的变形分为弹性变性和塑性变形两种。当外力去除后，变形消失，称为弹性变形；仍保持部分变形的称为塑性变形。矫正是针对塑性变形而言，所以只有塑性好的材料，才能进行矫正。
在矫正过程中，材料受到锤击、弯形等外力作用，使内部晶格组织发生了变化，造成硬度提高、塑性降低，这种现象称为冷作硬化。它将给继续矫正或下道工序的加工带来困难。必要时应进行退火处理，使材料恢复原来的机械性能。
矫正分为手工矫正和机械矫正，这里主要介绍手工矫正。
2）矫正方法
①扭转法。对工件施以扭矩，使之产生扭转变形，从而达到矫正的目的，如图6.6（a）所示，一般是将条料夹持在台虎钳上，用扳手把条料向变形的相反方向扭转到原来的形状。如图6.6（b）所示，为扭转法矫正角铁的扭曲。
图6.6 扭转法矫正
图6.7 伸张法矫正
②伸张法。用拉力使线材产生沿长度方向的变形（拉伸变形），达到矫正蜷曲线材的目的。如图6.7（a）所示，其方法是将线材一头固定，然后在固定端让线材绕圆木一周，紧握圆木向后拉，使线材在拉力作用下绕过圆木得到伸张矫直；或如图6.7（b）所示，利用钳子进行矫正。
③延展法。用手锤敲击材料的适当部位，使之局部伸长和展开，以达到矫正复杂变形的目的。
a.薄板中间凸起，如图6.8所示，是由于材料变形后局部变薄引起的。矫正时可锤击板料的边缘，使边缘处延展变薄，厚度与凸起部位的厚度愈接近则愈平整，图中箭头所指方向即锤击位置。锤击时，由里向外逐渐由轻到重，由稀到密。如果薄板上有相邻几处凸起变形，应先锤击凸起部位之间的地方，使几处凸起合并成一处，然后再用延展法锤击四周达到矫正。
b.如果薄板四周显波纹状，如图6.9所示，说明板料四周变薄伸长了。锤击时，锤击点应从中心向四周逐渐由重到轻，由密到稀；图中箭头所指方向即锤击位置，多次反复锤击，使板料达到平整。
图6.8 中间凸起的矫正
图6.9 四周显波纹状的矫正
c.如果薄板发生对角翘曲，如图6.10所示。应沿没有翘曲的另一对角线锤击，使其延展而矫平。
如果板料是铜箔、铝箔等薄而软的材料，如图6.11（a）所示。可用平整的木块，在平板上推压材料的表面，使其达到平整。也可用木锤或橡皮锤锤击，如图6.11（b）所示。
图6.10 对角翘曲的矫正
图6.11 薄而软板料的矫正
如果薄板有微小扭曲，如图6.12所示，可用抽条从左到右或从右到左的顺序抽打平面，因抽条与板料接触面积大，受力均匀，容易达到平整。
如果条料在宽度方向上弯曲，如图6.13所示，先将条料的凸面向上放在铁砧上，锤打凸面，然后再将条料平放在铁砧上，锤击弯曲里面（弯形弧短面）材料，经锤击后使短边材料伸长，从而使条料变直。
图6.12 微小扭曲薄板的矫正
图6.13 宽度方向弯曲薄板的矫正
④弯曲法。是对工件施以弯矩，使之产生弯曲变形达到矫正的目的。
对直径小的棒料和薄的条料，如图6.14（a）所示，用台虎钳初步校直。在接近弯曲处夹入台虎钳，然后在材料的末端用扳手扳动，使其回直；或将弯曲处夹入台虎钳的钳口内，利用台虎钳将其初步压直，如图6.13（b）所示；然后再放到平板上，用手锤进一步矫正，达到所要求的平直为止，如图6.14（c）所示。
对直径大的棒料和厚的条料，如图6.15所示，常用压力机矫直。矫直前，把轴架在两块
图6.14 弯曲法矫正薄板
图6.15 弯曲法矫正棒料
V形架上，将轴转动，找出其弯曲处，让压力机压块压在轴的弯曲凸起处，使其恢复平直。用百分表检查轴的矫正情况，边矫正，边检查，直到符合要求。
想一想
1.矫正工作可以在脆性材料上进行吗？为什么？
2.对于薄板材料为什么不能直接敲击凸出部分？
3）矫正工具
①矫正平板和铁砧。平板可用作矫正大面积板料或工件的基座；铁砧是用于敲打条料或角钢的砧座。
②软、硬手锤。软手锤（铜锤、木锺、橡胶锤等）用于矫正已加工过的表面、薄钢件、有色金属制件；硬手锤（如钳工手锤、方头手锤）用于矫正一般材料、毛坯等。
③V形块、压力机。用于矫正较长或较大的轴类、棒类零件。
④抽条和拍板。抽条是用条状薄板弯成的简易工具，用于抽打较大面积的薄板料。木方条是用质地较硬的檀木制成的专用工具，主要用于敲打板料。
⑤检验工具。平板、刀口形直尺、90°角尺、百分表等，用于矫正后材料、工件的测量和检验。
（2）弯曲
1）概述
弯曲是指将坯料弯成所需形状的加工方法。弯曲是利用材料的塑性变形进行的，因此只有塑性较好的材料才能进行弯曲。
弯曲虽然是塑性变形，但也有弹性变形存在，因此为抵消材料的弹性变形或回弹现象，在弯曲过程中应多弯一些。
2）弯曲的方法
弯曲分为冷弯和热弯两种。冷弯是指材料在常温下进行弯曲，它适合于材料厚度小于5 mm的钢材。热弯是指材料在预热后进行的弯曲。钳工主要进行冷弯曲。
①板料弯曲。弯曲直角工件时，弯制厚度应小于5 mm。凡能在台虎钳上夹持的，可在台虎钳上进行，如图6.16（a）、（b）所示。
图6.16 板料角度弯曲的方法
弯曲较宽或长度超过钳口深度的板料，无法在台虎钳上夹持时，可用角铁制成的夹具来夹持工件进行弯曲，如图6.17（a）所示，或者用简单的成型模来弯曲，如图6.17（b）所示。
图6.17 利用工具弯曲角度的方法
弯曲各种多直角形工件。可用木垫或金属作辅助工具进行弯曲，其加工步骤如图6.18所示。
图6.18 多直角形工件的弯曲方法
弯曲圆弧形工件。在材料上划好弯曲尺寸线，按尺寸线夹在台虎的两块角铁衬垫里，用方头手锤的窄头进行锤击，按图6.19所示步骤成型并进行修整，使形状符合要求。
弯曲圆弧和角度结合的工件，如图6.20所示。在狭长的板料上划好弯形线，加工两端圆弧和孔：首先，按划线将工件夹在台虎钳的衬垫内，然后弯好两端1、2处；最后在圆钢上弯工件的圆弧3。
图6.19 弧形工件的弯曲方法
图6.20 圆弧和角度结合工件的弯曲方法
②管子弯曲。通常孔径小于12 mm的管子用冷弯，孔径大于12 mm的管子用热弯。为避免弯形部分发生凹瘪，弯曲前须在管内灌满干黄砂，并用木塞塞紧，如图6.21（a）所示。冷弯管子一般在弯管工具上进行，弯管工具的结构，如图6.21（b）所示。操作时，将管子插入转盘和靠铁的圆弧槽内，调整好靠铁的位置，套入钩子，按所需的弯形位置，拨动手柄，使管子跟随手柄弯到所需的角度。
图6.21 管子弯曲的弯曲方法
③角钢的弯曲。角钢的弯曲分为角钢边向里弯曲和向外弯曲两种。
角钢边向里弯圆方法如图6.22（a）所示。将角钢在a处与型胎夹紧，敲击b处使之贴靠型胎，将其与型胎夹紧。矫正c处起皱凸起处，使c处多余材料均匀排到角钢边。
角钢向外弯圆方法，如图6.22（b）所示。在d处与型胎夹紧，敲击e处，使其紧贴型胎并夹紧。在弯形过程中，必须在f处不断敲击，使材料延展，以防止f翘起或发生开裂。
想一想
1.弯曲材料时，为什么要比规定弯曲角度多弯一些？
2.弯曲时超过最小弯曲半径会有什么危害？
图6.22 角钢的弯曲方法
6.2.4 工件矫正、弯曲加工工艺及评分标准
（1）准备工作
①清理坯件，除去毛刺。
②对照图纸尺寸和形状要求，检查坯件余量是否足够。
③准备好所需的各种矫正、弯曲工具和辅具。
（2）矫正、弯曲加工工艺
本次任务是按图6.1所示要求，将上道工序下料的件1、件2的坯件进行矫正，对件2进行弯曲的操作，其加工工艺见表6.4。
表6.4 矫正、弯曲工艺
续表
注意事项
1.操作前，要检查工具、辅具是否安装牢固，确保操作安全。
2.操作时，持材料的手应戴手套。
3.根据被加工材料的材质，选择材质接近或稍软的手锤进行矫正或弯曲加工。
4.加工结束后，一定要检查件1、件2的相关尺寸，为下一课题作好准备。
（3）评分标准
表6.5为弯曲评分标准。
表6.5 弯曲评分标准
续表
（4）矫正、弯曲时常见的废品形式及产生原因
表6.6为矫正、弯曲时常见的废品形式及产生原因。
表6.6 矫正、弯曲时常见的废品形式及产生原因
想一想
1.工件经过多次弯曲后为什么容易断裂？
2.用棒料弯曲一圆环，内径偏小的原因有哪些？
●自我总结与点评
1.自我小结，对矫正、弯曲知识和操作技能的掌握情况。
2.自我总结安全操作，文明生产情况。
3.操作结束，整理工作位置；清理所用工量具，做好清理保养工作。
●思考练习题
1.矫正、弯曲在钳工生产作业中的应用。
2.矫正、弯曲常用的工具有哪些？
3.矫正、弯曲有哪些常用的方法？
●技能训练题
按图6.1进行矫正、弯曲技能训练。
6.3 铆 接
6.3.1 学习目标
（1）知识目标
明确铆接的种类、形式及其应用。
（2）技能目标
掌握铆钉直径、长度的确定方法以及铆接方法。
6.3.2 任务描述
本次任务是将本项目图6.2矫正、弯曲后的件1、件2，按图6.1所示要求进行铆接加工。
6.3.3 相关知识
（1）概述
用铆钉将两个或两个以上的工件组成不可拆卸的连接称为铆接，如图6.23所示。
图6.23 铆接
目前，在很多结构件连接中，铆接已逐渐被焊接、粘接所代替。但因铆接具有操作方便，连接可靠等特点，所以在机器、设备、工具制造中仍应用较多。铆接尤其适用于受严重冲击或振动载荷的金属结构，以及一些不便焊接的金属的连接（不同金属之间及铝合金等）。
铆接分为手工和机械铆接两种，这里只介绍手工铆接。
（2）铆接的种类
按照使用要求不同，铆接分为活动铆接和固定铆接。
①活动铆接又称为铰链铆接，是指铆接部分间可以相对转动的铆接。如剪刀、钢丝钳、手用钳、划规等工具的铆接。
②固定铆接是指铆接部分不能相对运动的铆接。按用途和工作要求又可分为：
a.强固铆接。适用于需要高强度的钢结构连接，如桥梁、车辆、屋架等。
b.紧密铆接。适用于低压容器及各种流体管路的铆接。这类铆接的铆钉小、排列紧密，铆缝中常夹有橡胶或其他填充料，以防泄漏。这类铆接非常紧密，但不能承受大的压力。
c.强密铆接。适用于高压力容器（如蒸汽锅炉等），它既承受巨大压力，又要保持紧密的结合。
想一想
观察一下，在实际工作中哪些连接属于活动铆接和固定铆接。
（3）铆接的形式
铆接的形式主要有3种。
①搭接。是最简单的一种铆接形式，如图6.24（a）所示。
②对接。分为单盖板对接和双盖板对接，如图6.24（b）所示。
③角接。分为单角钢角接和双角钢角接，如图6.24（c）所示。
图6.24 铆接的形式
（4）铆钉及铆接工具
1）铆钉
按材质不同可分为钢质、铜质、铝质铆钉等；按形状又分为平头、半圆头、沉头、半圆沉头、管状空心和皮带铆钉等。其种类、形状与应用见表6.7。
表6.7 铆钉的种类、形状与应用
续表
铆钉的标记，一般要标出直径、长度和国家标准序号。如铆钉6×30 GB 867—86，表示铆钉直径为6 mm，长度为30 mm，国家标准序号为GB 867—86。
2）铆接工具
①手锤。常用的有圆头和方头两类，最常用的一般为0.5～1 kg的圆头手锤。
②压紧冲头。如图6.25（a）所示，用于将铆合板料相互压紧并贴合。
③罩模和顶模。如图6.25（b）所示，罩模用于铆接时铆出完整的铆合头；顶模用于铆接时顶住铆钉原头。这样既利于铆接，又不至损伤铆钉原头。
图6.25 铆接工具
（5）铆钉直径、铆钉长度和铆接通孔直径的确定
1）铆钉直径的确定
铆钉直径的大小与被铆接的板料厚度有关，通常取铆接板厚的1.8倍。即d=1.8t（其中：d为铆钉直径，t为铆接材料板厚）。标准铆钉的直径可参阅有关手册。
2）铆钉长度的确定
铆钉长度对铆接质量有较大的影响。铆钉的圆杆长度除铆接件厚度外，还必须留有作为铆合头的伸出长度，如图6.26所示。
铆钉所需长度
L=S+l
式中 S——铆接板料总厚度；
l——铆钉伸出长度。
对于半圆头铆钉，其伸出长度取l=（1.25～1.5）d；
对于沉头铆钉，其伸出长度取l=（0.8～1.2）d。
图6.26 铆钉尺寸的计算
3）铆接通孔直径的确定
铆接时，通孔直径的大小应随着连接要求不同而有所变化。如孔径过小，使铆钉插入困难；孔径过大，则铆合后的工件容易松动。合适的通孔直径应按表6.8选取。
表6.8 标准铆钉直径及通孔直径（GB 152—76）
（6）铆接方法
铆接有手工铆接和机械铆接两种方法。钳工通常是采用手工铆接；在铆接过程中，又分为冷铆和热铆；钳工常用冷铆。其铆接工艺如下：
1）半圆头铆钉的铆接
如图6.27所示，其操作步骤为：
①把铆接工件互相贴合紧密；
②划线并钻孔，孔口倒角；
③将铆钉插入孔内；
④用压紧冲头压紧板料，如图6.27（a）所示；
⑤用手锤镦粗铆钉伸出部分，使其初步成形，如图6.27（b）、（c）所示；
⑥用罩模修整，如图6.27（d）所示。
图6.27 半圆头铆钉的铆接过程
2）沉头铆钉的铆接
如图6.28所示，其操作步骤为：
①把铆接板料互相贴合紧密；
②划线钻孔，锪锥坑；
③插入铆钉；
④在正中镦粗面1、2；
⑤铆合面2；
⑥铆合面1；
⑦修出高出部分。
3）空心铆钉的铆接
图6.28 沉头铆钉的铆接过程
如图6.29所示。其操作步骤为：
图6.29 空心铆钉的铆接
①把板料相互贴合紧密；
②划线钻孔，孔口倒角；
③插入铆钉；
④用样冲冲压，使铆钉孔口张开与板料孔口贴紧；
⑤用专用冲头将翻开的铆钉孔口与工件孔口贴平。
想一想
要完成铆接加工，需要哪些操作工艺技能？
6.3.4 工件铆接加工工艺及评分标准
（1）准备工作
①仔细对照加工图纸，检查件1、件2相关尺寸，相互贴合后是否有错位。
②准备好所需的各种铆接工具和辅具。
③合理选择好铆钉的直径、长度以及铆接通孔直径。
（2）铆接加工工艺
本次任务是将矫正、弯曲后的件1、件2，按图6.1所示进行铆接。加工工艺见表6.9。
表6.9 铆接加工工艺
注意事项
1.铆接时铆钉直径、长度和铆接通孔直径要计算正确，否则都会造成铆接废品。
2.铆接板料间要贴合紧密。
3.铆接操作要按规范要求进行。
4.铆接过程中要注意操作安全。
（3）评分标准
表6.10为铆接评分标准。
表6.10 铆接评分标准
（4）铆接时常见的废品形式及产生原因
表6.11为铆接时常见的废品形式及产生原因。
表6.11 铆接时常见的废品形式及产生原因
续表
想一想
1.铆接时出现铆合头不正的原因有哪些？
2.铆接时出现铆钉杆弯曲的原因有哪些？
●自我总结与点评
1.铆接时的铆钉相关尺寸的计算（即铆钉的选择）是否正确。
2.铆接操作是否规范，正确使用工具情况。
3.安全操作、文明实训情况。
4.自我评分。
●思考练习题
1.铆接在机械制造中的应用。
2.铆钉直径和伸出长度以及铆接通孔直径的计算方法。
3.铆接工具及铆接方法步骤有哪些？
●技能训练题
按图6.1进行铆接加工技能训练。
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