CN102303227A

CN102303227A - 回形筋板两种新下料方法

Info

Publication number: CN102303227A
Application number: CN201110217486A
Authority: CN
Inventors: 万正喜; 康碧波; 肖熳; 瞿吉利; 贺浩
Original assignee: CHANGSHA HEAVY MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Current assignee: CHANGSHA HEAVY MACHINERY MANUFACTURING Co Ltd
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-08-01
Also published as: CN102303227B

Abstract

本发明涉及回形筋板两种新下料方法，首先用电子图板CAXA软件或AutoCAD软件根据优化设计的图示及结构件的比例尺寸画出由上翼板或下翼板和两端等长或长度不一的左、右腹板形成一个整体的两块半回形板构成的下料图或按结构件的比例尺寸绘制dwg或dxf格式图形，然后导入软件FastCAM软件，自动生成切割编程代码，适当编辑后拷贝到数控切割机床的控制室里，再将要切割的钢板放在数控机床的切割床位上，对好位置后进行火焰数控下料切割，最后将切割完成的两块半回形筋板焊接起来形成一块完整的回形筋板。本发明具有焊缝少，节省材料，加工成本低，综合力学性能好的有益效果，能产生良好的经济效益。

Description

回形筋板两种新下料方法

技术领域

本发明涉及箱型梁与双工字梁结构件所使用的回形筋板下料方法，属于加强筋制作工艺领域。

背景技术

在结构设计过程中，出现结构体悬出面过大或跨度过大的情况时，结构件本身的连接面能承受的负荷量有限，需在两结合体的公共垂直面上增加加强筋，以增加结合面的强度和结构的稳定性。

在结构件的箱型梁或工字梁的设计中，一般都要用到回形加强筋，用来加强结构件的强度与刚度，同时提高结构件的稳定性，比如应用于船舶建设、起重机主梁制造中。传统回型筋板下料的方法有两种：一是整板下料法，此种方法的回形筋板受力好，但很浪费材料，回形筋板的中间挖除部分的材料形成大量浪费；二是矩形板拼合焊接法，这种下料方法不存在材料的浪费，但焊缝为四条，增加了焊接成本和人力成本，且焊接处是应力集中的地方，其力学性能很差。由于焊缝多，也影响了产品的外形美观。

目前，国家实施经济可持续发展战略，节约原材料、优化利用资源已是绿色制造研究的重要组成部分。在机械、建筑、钢铁、船舶、车辆、家具、造纸等行业中，下料作为控制原材料利用率的重点环节，如何采用合理的优化下料技术已成为亟待解决的难题。

发明内容

为解决现有下料方法材料浪费、性能较差，以致带来安全隐患的重大不足，本发明提供了两种既维持高原材料利用率又使下料方案可制造性好的新回形筋板下料法。

本发明的技术解决方案主要是从设计上进行结构优化，从操作上进行流程优化，综合考虑下料依托的机型、下料后续工序的影响、下料过程的缺陷控制等因素，提出两种新的回型筋板优化下料方法。

本发明的下料采用数控火焰(等离子)切割机床，切割燃料使用氧燃料，如甲烷CH₄、乙炔C₂H₂、丙烷C₃H₈和氧气O₂，下料的工艺流程为：

（1）先用电子图板CAXA软件或AutoCAD软件根据优化设计的图示及结构件的比例尺寸画出下料图，其中所述的下料图为优化设计出的由上翼板或下翼板和两端长度不一的左、右腹板形成一个整体的两块半回形板构成。

（2）利用数控切割设备自带转换软件FASTCAM将该结构件dwg或dxf格式图形数据转换为数控切割设备能够执行的切割编程代码；

（3）针对切割路线的制定，对该编程代码进行适当编辑；

（4）将最终编程的数控程序代码输入数控切割设备，将要切割的钢板放在数控机床的切割床位上，并将钢板的实际物理空间与软件上的物理空间对好位置后，再进行数控火焰下料切割；

（5）将切割后的两块半回形板按左、右腹板两两相对焊接起来，形成一块腹板等长的回形筋板。

整板下料法是一块整板下料，挖除中间部位，矩形板拼合焊接法是四块钢板焊接成回形筋板。本发明不同于传统下料方法的地方，主要是优化设计出两块异型的半回形板，即由翼板和两端长度不一的腹板形成一个整体的半回形板。两种新方法都是通过两块半回形板焊接而成，但其切割下料的时候切割的尺寸方法不同，分别按说明书附图中的图4和图6的方法采用数控切割机床进行下料，切割完成后按图3和图5将两钢板焊接起来即完成本发明专利的实施。假设上翼板宽为a，下翼板宽为b，右腹板、左腹板的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为h1或h3、h2或h4，腹板与翼板相连的弧部垂直高度为R，则切割时应确保图3中h1=a/2, h2=b/2, 图5中h3=a/2+R/2, h4=b/2+R/2，其中上翼板与下翼板的尺寸a与b可以相等，也可不相等。也就是说，切割时图3中h1为水平中心线向下偏移a/2，h2为水平中心线向上偏移b/2；图5中h3为水平中心线向下偏移a/2+R/2，h4为水平中心线向上偏移b/2+R/2。另外可知，按图6的下料方法更优于按图4的下料方法，因为按图6的下料方法形状布局更紧凑，且有更多的共用边，进一步缩短了切割路线和燃料耗量。

这两种新的数控切割方法相对于传统下料方法的显著进步，在于优化设计的半回形板由翼板和两端长度不一的横筋板形成整体，综合力学性能好，同时最大化地利用钢板基材，节省材料，受力更趋合理，加工更容易。尤其是，本发明创造考虑到后续焊接工艺带来的不良影响，更好地改变了焊接残余应力的布局，确保了优良的综合力学性能，能较好防止回形筋板在使用中发生侧弯变形和扭转现象。由于高温焊接使筋板和骨架发生初始变形，存在残余应力，设计时应考虑不允许在应力集中的位置进行焊接，而传统采用四根钢板焊接而成的筋板，焊接处正是应力集中的位置，一般会超过应力许可值，导致力学性能差，达不到结构件应有的强度和刚度。本发明则采用了合理的加强筋形状，减少了焊缝，降低了切割过程中氧燃料的消耗，且在两端长度不一的横筋板接合处进行焊接，这种焊接位置的不对称设置使应力分布结构发生变化，能有效避免回形筋板承载能力的失效。

下料是回形筋板加工的第一道工序，也是关键工序，尺寸优化下的算料和切割方法直接影响材料的消耗、加工成本和产品制造质量。因回形筋板多用于承力构件，本发明下料的筋板材料一般是具有良好的焊接性能和力学性能的Q235或Q345,其中Q235为优质碳素结构钢，Q345为综合性能好的低合金钢（c<0.2%)。下料的板厚可以为任意值，一般有6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、20mm、22mm、25mm、30mm。切割时，割缝的宽度尺寸一般为2~3mm（需在数控下料时进行余量加放），切割速度一般是350~800mm/min，由于切割时切割的钢板有向外的力，会影响钢板的位置，两半回形板相连的地方需要留20~30mm的距离不切割，以连成一体，防止变形，现场焊接的时候再将其切割开来。

综上可见，本发明的有益效果主要体现在，减少了工料使用量，降低了原材料损耗，提高了材料利用率和企业经济效益。同时，根据焊接工艺的影响来选择最优的布局方案，提高了材料合理用率，改善了局部应力分布，降低了加工成本，综合力学性能好。

附图说明

图1是传统的整板下料法示意图。

图2是传统的矩形板拼合焊接法示意图。

图3是第一种新的回型筋板下料方法的焊接成型图。

图4是第一种新的回型筋板下料方法的下料示意图。

图5是第二种新的回型筋板下料方法的焊接成型图。

图6是第二种新的回型筋板下料方法的下料示意图。

具体实施方式

以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，如未脱离本发明的设计精神，本领域普通技术人员对本发明方案作出的各种变形、改进，均落入本发明权利要求书确定的范围。

实施例1

首先，用电子图板CAXA软件根据图4画出下料图，形成两块半回形筋板，下料筋板为Q235、板厚6mm，上翼板（1）宽10cm，下翼板（4）宽6cm，右腹板（2）、左腹板（3）的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为5cm和3cm；

然后将画好的图导入软件FastCAM软件，该软件自动生成切割编程代码，对该编程代码进行适当的编辑，加放割缝宽度2mm，并于两钢板相连的地方预留20mm的距离不切割，再将最终的编程拷贝到数控切割机床的控制室里；

最后，将要切割的钢板放在数控机床的切割床位上，并将钢板的实际物理空间与软件上的物理空间对好位置后，进行甲烷CH₄和O₂火焰数控下料切割，切割速度为800mm/min。切割完成后按图3将两块半回形筋板焊接起来形成一块完整的回形筋板（6），即完成本发明专利的实施。

实施例2

首先，用电子图板AutoCAD软件根据图4画出下料图，形成两块半回形筋板，下料筋板为Q345、板厚12mm，上翼板（1）宽14cm，下翼板（4）宽8cm，右腹板（2）、左腹板（3）的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为7cm和4cm；

然后将画好的图导入软件FastCAM软件，该软件自动生成切割编程代码，对该编程代码进行适当的编辑，加放割缝宽度3mm，并于两钢板相连的地方预留25mm的距离不切割，再将最终的编程拷贝到数控切割机床的控制室里；

最后，将要切割的钢板放在数控机床的切割床位上，并将钢板的实际物理空间与软件上的物理空间对好位置后，进行乙炔C₂H₂和O₂火焰数控下料切割，切割速度为600mm/min。切割完成后按图3将两块半回形筋板焊接起来形成一块完整的回形筋板（6），即完成本发明专利的实施。

实施例3

首先，用电子图板CAXA软件根据图4画出下料图，形成两块半回形筋板，下料筋板为Q235、板厚30mm，上翼板（1）宽12cm，下翼板（4）宽8cm，右腹板（2）、左腹板（3）的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为6cm和4cm；

然后将画好的图导入软件FastCAM软件，该软件自动生成切割编程代码，对该编程代码进行适当的编辑，加放割缝宽度3mm，并于两钢板相连的地方预留30mm的距离不切割，再将最终的编程拷贝到数控切割机床的控制室里；

最后，将要切割的钢板放在数控机床的切割床位上，并将钢板的实际物理空间与软件上的物理空间对好位置后，进行丙烷C₃H₈和O₂火焰数控下料切割，切割速度为350mm/min。切割完成后按图3将两块半回形筋板焊接起来形成一块完整的回形筋板（6），即完成本发明专利的实施。

实施例4

首先，用电子图板AutoCAD软件根据图6画出下料图，形成两块半回形筋板，下料筋板为Q235、板厚6mm，上翼板（1）宽10cm，下翼板（4）宽6cm，腹板与翼板相连的弧部（5）垂直高度为1cm，右腹板（2）、左腹板（3）的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为5.5cm和2.5cm；

最后，将要切割的钢板放在数控机床的切割床位上，并将钢板的实际物理空间与软件上的物理空间对好位置后，进行甲烷CH₄火焰数控下料切割，切割速度为700mm/min。切割完成后按图5将两块半回形筋板焊接起来形成一块完整的回形筋板（6），即完成本发明专利的实施。

实施例5

首先，用电子图板CAXA软件根据图6画出下料图，形成两块半回形筋板，下料筋板为Q235、板厚16mm，上翼板（1）宽20cm，下翼板（4）宽10cm，腹板与翼板相连的弧部（5）垂直高度为2cm，右腹板（2）、左腹板（3）的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为11cm和4cm；

然后将画好的图导入软件FastCAM软件，该软件自动生成切割编程代码，对该编程代码进行适当的编辑，加放割缝宽度2.5mm，并于两钢板相连的地方预留23mm的距离不切割，再将最终的编程拷贝到数控切割机床的控制室里；

最后，将要切割的钢板放在数控机床的切割床位上，并将钢板的实际物理空间与软件上的物理空间对好位置后，进行氧气O₂火焰数控下料切割，切割速度为650mm/min。切割完成后按图5将两块半回形筋板焊接起来形成一块完整的回形筋板（6），即完成本发明专利的实施。

实施例6

首先，用电子图板AutoCAD软件根据图6画出下料图，形成两块半回形筋板，下料筋板为Q235、板厚25mm，上翼板（1）宽30cm，下翼板（4）宽22cm，腹板与翼板相连的弧部（5）垂直高度为3cm，右腹板（2）、左腹板（3）的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为16.5cm和9.5cm；

然后将画好的图导入软件FastCAM软件，该软件自动生成切割编程代码，对该编程代码进行适当的编辑，加放割缝宽度2.8mm，并于两钢板相连的地方预留28mm的距离不切割，再将最终的编程拷贝到数控切割机床的控制室里；

最后，将要切割的钢板放在数控机床的切割床位上，并将钢板的实际物理空间与软件上的物理空间对好位置后，进行丙烷C₃H₈火焰数控下料切割，切割速度为500mm/min。切割完成后按图5将两块半回形筋板焊接起来形成一块完整的回形筋板（6），即完成本发明专利的实施。

Claims

1.一种新的回形筋板下料方法，其特征在于按如下步骤实施：

（1）先用电子图板CAXA软件或AutoCAD软件根据优化设计的图示及结构件的比例尺寸画出下料图，其中所述的下料图为优化设计出的由上翼板或下翼板和两端等长或长度不一的左、右腹板形成一个整体的两块半回形板构成；

（3）针对切割路线的制定，对该编程代码进行适当编辑；

2.根据权利要求1所述的一种新的回形筋板下料方法，其特征在于所述的两块半回形板切割下料的时候可按两种不同的尺寸方法进行切割：

（1）设上翼板宽为a，下翼板宽为b，右腹板、左腹板的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为h1、h2，则切割时h1为水平中心线向下偏移a/2，h2为水平中心线向上偏移b/2，其中上翼板与下翼板的尺寸a与b可以相等，也可不相等；

（2）设上翼板宽为a，下翼板宽为b，右腹板、左腹板的端部与焊接后回形筋板的水平中心线间的距离分别为h3、h4，腹板与翼板相连的弧部垂直高度为R，则切割时h3为水平中心线向下偏移a/2+R/2，h4为水平中心线向上偏移b/2+R/2，其中上翼板与下翼板的尺寸a与b可以相等，也可不相等。

3.根据权利要求2所述的一种新的回形筋板下料方法，其特征在于所述的按两种不同的尺寸方法进行切割，两块半回形板的形状布局可以紧凑或有一定间距，有1条、2条或多条共用边。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种新的回形筋板下料方法，其特征在于所述的切割下料是采用数控火焰等离子切割机床，切割时使用甲烷CH₄、乙炔C₂H₂、丙烷C3H8或氧气O₂及其与氧气O₂混合后的氧燃料。

5.根据权利要求1—4中任一项所述的一种新的回形筋板下料方法，其特征在于所述的半回形板材料为优质碳素结构钢Q235或低合金钢Q345，下料的板厚为6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm、20mm、22mm、25mm、30mm。

6.根据权利要求1—5中任一项所述的一种新的回形筋板下料方法，其特征在于切割下料时，要进行余量加放，割缝的宽度尺寸为2~3mm，切割速度为350~800mm/min，并在两半回形板相连的地方留20~30mm的距离不切割。