專利名稱：：箱型空間彎扭構件加工制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種箱型空間構件的加工制作方法，特別是一種箱型空間彎扭構件的加工制作方法。(二)
背景技術：
國家體育場工程為北京"2008"奧運會主會場，其鋼結構工程為了編織"鳥巢"的特殊建筑造型，設計時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件，其截面尺寸基本為1200mmX1200mm，鋼板材質涉及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件加工制作采用傳統模具工藝和傳統火工彎板工藝。但對于板厚在10mm60mm的大尺寸箱型空間構件的加工制作，若采用傳統模具工藝和傳統火工彎板工藝，則會出現焊接不牢、變形較大、誤差較多、成本較高、能源消耗大、施工效率低等技術問題，這在國內外尚無成熟的經驗可借鑒，成為工程的一個難解問題。(三)
發明內容本發明的目的是提供一種箱型空間彎扭構件加工制作方法，主要解決大尺寸箱型空間彎扭構件不易預制加工制作的技術問題。為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案一種箱型空間彎扭構件加工制作方法，由上翼緣板、下翼緣板、兩側腹板、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、兩側腹板置于數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，先在鋼平臺上劃線，標出胎架定位點，在鋼平臺上架設高矮不等的胎架。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隔板的位置，將一組內隔板間隔直立焊接在下翼緣板上。步驟5，在焊接了內隔板的下翼緣板兩側焊接兩側腹板。步驟6，在兩側腹板和內隔板頂部焊接上翼緣板，焊接形成箱型空間彎扭構件。優選的技術方案上述步驟1中，彎扭板件壓制前首先需要進行沖頭調平，確定所有沖頭的初始零點，并保證其在同一參考平面內，調平時，先將所有沖頭的高度調整至一較低數4值，保證調平裝置的順利放入，然后將上下沖頭群中所有的沖頭調整至同一高度，以此高度值作為參考面，確定其基準零點。上述步驟4中，內隔板與下翼緣板的焊接順序是自構件中間向兩端進行。上述步驟5中，內隔板與兩腹板焊接時順序為由無余量端向有余量端進行，隔板與兩腹板之間的左右兩條焊縫同時進行，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，內隔板與上翼緣板的焊接順序是自構件中間向兩端進行。上述隔板與兩腹板、下翼緣板焊縫焊接至坡口深度l/3后，將彎扭構件吊至焊接平臺上繼續焊接，焊接前對彎扭構件進行剛性固定，焊接時，翻轉構件采用平角焊，焊接過程中要對構件凹面的彎曲和扭曲尺寸進行測量，彎曲超過8mm，及時對構件翻身，焊接另一側的焊縫；當扭曲超過15mm，立即停止焊接進行火焰校正。上述腹板在與上翼板和下翼板之間的四條主焊縫焊接時，要兩條主焊縫同時對稱焊接，即由兩名焊工先同時焊接下左主焊縫和上右主焊縫、然后同時焊接上左主焊縫和下右主焊縫；焊接過程中要對彎曲和扭曲尺寸進行測量，四條主焊縫距兩端口各留IOOmm左右不焊接，待預拼裝合格后焊接。本發明與現有技術相比具有以下特點和有益效果本發明根據箱型空間彎扭構件是由四塊空間彎扭的板件組裝焊接成形的原理，將箱型空間彎扭構件離散成四塊空間彎扭的板件，采用多點無模成形技術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件。彎扭板件多點無模成形原理則是將傳統的整體模具離散成一系列規則排列、高度可調的基本體(即沖頭)，通過對各基本體運動的實時控制，自由地構造出成形面，實現板材的三維曲面成形。本發明先采用多點無模成形方法壓制成空間彎扭板件，用數控模具取代傳統的整體模具；通過實時控制變形曲面，實現可隨意改變板材的變形路徑和受力狀態，從而擴大加工范圍；通過采用分段成形新技術，實現小設備成型大工件；解決了傳統制作工藝難以解決的彎扭構件制作難題，節約火工能源消耗，節省設備投入，大大降低了工程生產成本、提高了工程的生產效率。本發明與傳統模具工藝和傳統火工彎板工藝進行生產成本費用比較如表l所示。表l支出項目傳統模具工藝傳統火工彎板工藝本發明加oo噸壓力機500萬元--500萬元數控模具350萬元5<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>以國家體育場鋼結構工程為例，其箱型彎扭構件總計4000根，總用量約12000噸，則該工程由于采用本發明其生產成本費用節約如下相對于傳統模具工藝(500+1.5X4000X4)-(500+350)=23650萬元。相對于傳統火工彎板工藝[(1+0.15+0.072)X4000X4]-(500+350)=18702萬元。本發明的環保節能效益是十分明顯的，以國家體育場鋼結構工程為例，其箱型彎扭構件總計4000根，總用量約12000噸，則該工程由于采用本發明導致能源節約如下相對于傳統模具工藝節約模具4000X446000套。成本節約1.5萬元/套乂16000套=24000萬元。相對于傳統火工彎板工藝節約彎支胎架l萬元/套X(4000X4)套=16000萬元。節約能源消耗0.15萬元/套乂16000套=2400萬元。總成本節約16000萬元+2400萬元=18400萬元。應用本方法歷時四個月完成了國家體育場鋼結構工程全部大尺寸箱型空間彎扭構件加工任務，實現了全部焊縫自檢及第三方檢査合格率100%的業績。本發明適用于板厚在10mm60mm范圍內材質為Q345、Q345GJ鋼的截面尺寸不大于1350mmX1350mm箱型空間彎扭構件的工廠制作；對于其它截面形狀和強度等級的彎扭構件制作也可以參照本發明。圖l是本發明步驟l彎扭鋼板無模成型開始的示意圖。圖2是本發明步驟1彎扭鋼板無模成型過程的示意圖。圖3是本發明步驟1彎扭鋼板無模成型結束的示意圖。圖4是本發明步驟2胎架的架設示意圖。圖5是本發明步驟3下翼緣板安裝放置示意圖。圖6是本發明步驟4隔板安裝示意圖。圖7是本發明步驟5兩側腹板安裝示意圖。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是焊接過程測量部位及剛性固定示意圖。圖12是本發明步驟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是本發明在國家體育場鋼結構工程應用實施例的局部結構示意圖。圖中l一上翼緣板、2—下翼緣板、3—兩側腹板、4一內隔板、5—上排沖頭、6—下排沖頭、7—鋼平臺、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。具體實施方式這種箱型空間彎扭構件加工制作方法的實施例，由上翼緣板l、下翼緣板2、兩側腹板3、四塊板件組裝焊接成型，其特征在于步驟如下步驟l參見圖l-3，分別將上翼緣板、下翼緣板、兩側腹板置于數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，采用多沖頭無模沖壓成形的方法壓制成空間彎扭板件。采用無模成形工藝進行空間彎扭板件的壓制成形時，主要涉及沖頭基本體調平、工件加工、大型工件分段成形等工藝內容，其具體操作要點如下彎扭板件壓制前首先需要進行基本體調平。首先需要進行調平操作，確定所有基本體的初始零點，并保證其在同一參考平面內。調平時，應用控制軟件的手動調形功能，將所有基本體的高度調整至一較低數值，保證調平裝置的順利放入。然后選擇調平選項，逐行將上下基本體群中所有的基本體調整至同一高度，以此高度值作為參考面，確定其基準零點。分段成形，則需要多次調形、定位和成形，直到整張板材成形完畢。步驟2參見圖4，先在鋼平臺7上劃線，標出胎架定位點，根據設定尺寸在鋼平臺上架設高矮不等的胎架8。裝配胎架可采用可調式胎架，鋼平臺要求平整度士2mm。具體方法是在鋼平臺上劃出各定位點的二維坐標，先在鋼平臺上標出彎扭構件的胎架定位點作出標記點，然后再設置胎架。根據給定的坐標設置胎架，胎架間距不大于2000mm，為便于操作最低的支架離地高度為800mm。同時應考慮牛腿的安裝空間。步驟3參見圖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件的下翼板置于胎架上，調整板件與胎架的貼合度使其控制在2mm內。板件的調整主要通過火焰+機械方法進行，機械方法主要是利用重塊、葫蘆、千斤頂等工具。步驟4參見圖6，在下翼緣板上定位內隔板4位置，將一組內隔板間隔直立焊接在下翼緣板上。內隔板定位主要是通過下翼板上的噴粉線及內隔板上部的一端點來進行定位，隔板上部的一端點的投影點事先在鋼平臺上已標出，在裝配時通過吊線垂及測標高來確定空間位置，內隔板與下翼緣板垂直。步驟5參見圖7，在焊接了內隔板4的下翼緣板兩側焊接兩側腹板3。兩腹板安裝以內隔板及下翼板作為定位基準，待各板件之間相互裝配貼合后進行定位焊，組裝時截面尺寸加4mm的余量。組裝定位焊從下翼板的中部開始向兩側進行，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整或采用專用的裝配工具進行裝配。在下胎架前測量構件兩端頭之間的相對距離，作為后道焊接工序中的焊接變形的跟蹤測量。步驟6參見圖12，在兩側腹板和內隔板頂部焊接上翼緣板l，焊接形成箱型空間彎扭構件。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，鋼板回彈性量的取值是否合理直接關系到彎扭板件的成形質量和生產效率。為了保證彎扭板件成形質量和加工效率應采用表2所示的工藝參數。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>參見圖8、圖9，上述隔板與兩腹板焊接時順序為由無余量端向有余量端進行，隔板與兩腹板之間的左焊縫9和右焊縫10同時進行，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。參見圖IO，整體焊接順序為由構件中間向兩端進行，焊縫焊接至坡口1/3。焊接平臺上彎扭構件的焊接參見圖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型彎扭構件吊至焊接平臺上繼續焊接。焊接前對U型彎扭構件進行剛性固定。焊接時，翻轉構件采用平角焊，焊接過程中要對構件凹面的AC，BD(彎曲)，AD，BC(扭曲)等尺寸進行測量；當AC或BD(彎曲)超過8mm，應及時對構件翻身，焊接另一側的焊縫；當AD或BC(扭曲)超過15mm，立即停止焊接進行火焰校正，并調整加強體的連接位置。參見圖13，上述腹板與上翼板和下翼板之間的四條主焊縫焊接時，要兩條主焊縫同時對稱焊接，即由兩名焊工先同時焊接下左主焊縫11和上右主焊縫12、然后同時焊接上左主焊縫13和下右主焊縫14;焊接過程中要對彎曲和扭曲尺寸進行測量，四條主焊縫距兩端口各留100mm左右不焊接，待預拼裝合格后焊接。權利要求1.一種箱型空間彎扭構件加工制作方法，由上翼緣板(1)、下翼緣板(2)、兩側腹板(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、兩側腹板置于數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(7)上劃線，標出胎架定位點，在鋼平臺上架設高矮不等的胎架(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隔板(4)的位置，將一組內隔板間隔直立焊接在下翼緣板上；步驟5，在焊接了內隔板(4)的下翼緣板兩側焊接兩側腹板(3)；步驟6，在兩側腹板和內隔板頂部焊接上翼緣板(1)，焊接形成箱型空間彎扭構件。2.根據權利要求l所述的箱型空間彎扭構件加工制作方法，其特征在于上述步驟1中，彎扭板件壓制前首先需要進行沖頭調平，確定所有沖頭的初始零點，并保證其在同一參考平面內，調平時，先將所有沖頭的高度調整至一較低數值，保證調平裝置的順利放入，然后將上下沖頭群中所有的沖頭調整至同一高度，以此高度值作為參考面，確定其基準零點。3.根據權利要求l所述的箱型空間彎扭構件加工制作方法，其特征在于上述步驟4中，內隔板與下翼緣板的焊接順序是自構件中間向兩端進行。4.根據權利要求3所述的箱型空間彎扭構件加工制作方法，其特征在于上述步驟5中，內隔板與兩腹板焊接時順序為由無余量端向有余量端進行，隔板與兩腹板之間的左右兩條焊縫同時進行，自下而上跳焊焊接，跳焊間距為200mm，焊縫焊接至坡口1/3。5.根據權利要求4所述的箱型空間彎扭構件加工制作方法，其特征在于上述步驟6中，內隔板與上翼緣板的焊接順序是自構件中間向兩端進行。6.根據權利要求5所述的箱型空間彎扭構件加工制作方法，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，將彎扭構件吊至焊接平臺上繼續焊接，焊接前對彎扭構件進行剛性固定，焊接時，翻轉構件采用平角焊，焊接過程中要對構件凹面的彎曲和扭曲尺寸進行測量，彎曲超過8mm，及時對構件翻身，焊接另一側的焊縫；當扭曲超過15mm，立即停止焊接進行火焰校正。7.根據權利要求5所述的箱型空間彎扭構件加工制作方法，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，要兩條主焊縫同時對稱焊接，即由兩名焊工先同時焊接下左主焊縫(11)和上右主焊縫(12)、然后同時焊接上左主焊縫(13)和下右主焊縫(14);焊接過程中要對彎曲和扭曲尺寸進行測量，四條主焊縫距兩端口各留100mm左右不焊接，待預拼裝合格后焊接。全文摘要一種箱型空間彎扭構件加工制作方法，步驟1，分別將上翼緣板、下翼緣板、兩側腹板置于數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，先在鋼平臺上劃線，標出胎架定位點，在鋼平臺上架設高矮不等的胎架；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隔板位置，將一組內隔板間隔焊接在下翼緣板上；步驟5，在焊接了內隔板的下翼緣板兩側焊接兩側腹板；步驟6，在兩側腹板和內隔板頂部焊接上翼緣板，焊接形成箱型空間彎扭構件。適用于10mm～60mm板厚的箱型空間彎扭構件的工廠制作。文檔編號B21D5/00GK101259579SQ200810301110公開日2008年9月10日申請日期2008年4月14日優先權日2008年4月14日發明者李久林,邱德隆,高樹棟申請人:北京城建集團有限責任公司