内卡钳加工优化技巧分享

知识要点

★矫正、弯形和铆接工艺知识

★矫正、弯形和铆接操作手法和步骤

★内卡钳加工工艺方法

学习目标

通过本任务的学习，完成图7-2所示内卡钳的加工，能综合运用矫正、弯形和铆接及锉削、钻削知识，并做到以下几点。

(1)掌握矫正、弯形和铆接的工艺知识。

(2)掌握矫正、弯形和铆接操作手法和步骤。

(3)掌握加工内卡钳的工艺方法。

图7-2　内卡钳生产实习图

相关知识

1.矫正

矫正的实质是让金属材料消除原有的不良塑性变形而产生新的塑性变形。

金属材料的变形有两种情况，一种是弹性变形；另一种是塑性变形。矫正是对塑性变形而言的，所以，只有塑性好的材料才能进行矫正。按矫正时被矫正工件的温度不同，可将矫正分为冷矫正和热矫正两种类型。按矫正的方法不同，可将矫正分为手工矫正、机械矫正、火焰矫正及高频热点矫正等类型。

钳工常用的手工矫正是将材料或工件放在平板、铁砧或台虎钳上，采用锤击、弯曲、延展等方式进行的冷矫正。矫正过程中，材料由于受到锤击、弯形等外力作用，矫正后材料内部组织结构发生变化，硬度增加，性质变脆，这种现象称为冷作硬化。冷作硬化后的材料给进一步的矫正或其他冷加工带来困难，必要时可进行退火处理，恢复材料原有的力学性能。

1)矫正工具

(1)平板和铁砧。平板和铁砧是矫正板材、型材或工件的基座。

(2)锤子。矫正一般材料，通常使用钳工锤和方头锤。矫正已加工过的表面、薄板料或非铁金属制件，应使用木槌、铜锤、橡胶锤等[见图7-3(a)]。

(3)抽条和拍板。抽条是采用条状薄板料弯成的简易工具，用于抽打较大面积的薄板料[见图7-3(b)]。拍板是用质地较硬的檀木制成的工具，用于敲打板料。

(4)螺旋压力工具。主要借助于V形架等支承工具矫正较大的轴类零件或棒料[见图7-3(c)]。

(5)检验工具。检验工具包括画线平台、直角尺、钢直尺和指示表等。

图7-3　常用手工矫正工具

(a)用木槌矫正板料　(b)用抽条抽打平板料　(c)用螺旋压力工具矫正轴类零件

2)矫正方法

(1)条料和角钢的矫正。

①条料的矫正。条料扭曲变形时，可用扭转的方法进行矫正。如图7-4(a)所示，将扭曲的条料的一端装夹在台虎钳上，用类似扳手的工具或活扳手夹住条料的另一端，左手按住工具的上部，右手握住工具的末端，扭转施力进行矫正。

矫正弯曲条料时，可把条料近弯曲处装夹在台虎钳上，然后在它的末端用扳手朝相反方向扳动[见图7-4(b)]，使其弯曲处初步扳直。

图7-4　条料的矫正

②角钢的矫正。角钢变形有外弯、内弯、扭曲、角变形等多种形式[见图7-5(a)]。一般可在砧座上用锤击法进行矫正[见图7-5(b)]。

图7-5　角钢的矫正

(a)角钢内、外弯曲及扭曲矫正　(b)角钢角变形的矫正

(2)棒类、轴类零件的矫正。棒类和轴类零件的变形主要是弯曲。较小的棒料一般可用锤击的方法矫正。矫正前，应先检查零件的弯曲程度和弯曲部位，并用粉笔做好记号，然后使凸起部位向上，用锤子连续锤击该部位，这样棒料上层金属受压力缩短，下层金属受拉力伸长，使凸起部位逐渐消除。对于直径较大的棒类或轴类零件，则要用压力机矫正。矫正前，先要检测出其弯曲部位，然后放在V形块上，用螺旋压力工具进行矫正。加压时可适当压过一些，以便铲除因弹性变形所产生的回翘，然后用指示表检查轴的弯曲情况，一边矫直，一边检查，直到符合要求为止。

卷曲的细长线料，可用伸张法来矫正。如图7-6所示，将卷曲的线料一端装夹在台虎钳上，从钳口处的一端开始，把线在圆木上绕一圈，握住圆木向后拉，使线料伸长而矫正。

图7-6　细长线料的矫正

(3)板料的矫正。板料的矫正主要采用延展法。延展法是用手锤敲击板料，使其延展伸长，以达到矫正平复的目的。如图7-7(a)所示，板料中间凸起，是由于变形后中间材料变薄引起的。找正时可锤击板料凸起部的边缘，使其边缘处延展变薄，边缘厚度与凸起部位的厚度越趋近则越平整。矫正时，由凸起部分边缘向外逐渐由轻到重、由稀到密进行锤击。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，将几处凸起合并成一处，然后用延展法锤击四周达到平整要求。

如果板料四周呈波浪形而中间平整[见图7-7(b)]，说明板料边缘变薄而伸长了。矫正时应按图中箭头方向由中间向四周逐渐由重到轻、由密到疏反复多次锤打，使板料达到平整。如果薄板发生对角翘曲时[见图7-7(c)]，则应沿没有翘曲的另一条对角线锤击，使其延展而矫正。对于厚度很薄而质地很软的铜箔一类的材料[见图7-7(d)]，可用平整的木块在平板上推压材料的表面，使其延展而矫正。

图7-7　板料的矫正

(a)中间凸起的矫正　(b)边缘波浪形的矫正　(c)对角翘曲的矫正　(d)软质铜箔类的矫正

小提示

矫正注意事项

①矫正时要看准变形的部位，分层次进行矫正，不可弄反。

②对已加工工件进行矫正时，要注意保证工件的表面质量，不能有明显的锤击痕迹。

③矫正时，不能超过材料的变形极限。

2.弯形

弯形是使材料产生塑性变形，因此只有塑性好的材料才能进行弯形。图7-8为钢板弯形前后的情况。由图可知，弯形后钢板的外层材料伸长(图中e—e和d—d处)，内层材料缩短(图中a—a和b—b处)，而中间有一层材料(图中c—c处)在弯曲后长度不变，称为中性层。材料弯曲部分的断面，虽然被拉伸或压缩，但其断面面积保持不变。

1)弯形坯件长度的计算

坯件弯形后，只有中性层的长度不变，因此，弯形前坯件长度可按中性层的长度进行计算。但当材料弯形后，中性层并不在材料的正中，而是偏向内层材料一边。实验证明，中性层的实际位置随弯形半径r和材料的厚度t而定。

当材料厚度不变时，弯形半径越大，变形越小，中性层的位置就越趋近于材料厚度的几何中心。弯形情况不同时，中性层的位置也不同，如图7-9所示。

图7-8　钢板弯形前后

(a)弯曲前　(b)弯曲后

图7-9　弯形时中性层的位置

表7-9为弯形中性层位系数χ0的值。从表中r/t的比值可以看出，当弯形半径r≥16t时，中性层与几何中心重合，即在材料的中间。在一般情况下，为简化计算，当r/t≥8时，可取χ0＝0.5进行计算。

图7-10所示为常见的弯形形式，图(a)、(b)、(c)所示为内边带圆弧的工件。图(d)所示为内边不带圆弧的直角工件。圆弧部分中性层长度计算公式为

式中，A——圆弧部分中性层长度，单位为mm；

r——内弯形半径，单位为mm；

t——材料厚度，单位为mm；

α——弯形角，单位为°。

表7-4　弯形中性层位置系数χ0

例7-1　已知图7-10(c)所示工件的弯形角α＝120°，内弯形半径r＝16mm，材料厚度t＝4mm，边长l1＝50mm，l2＝100mm，求毛坯总长L。

图7-10　常见的弯形形式

解:r/t＝16mm/4mm＝4，查表7-4得χ0＝0.41

毛坯总长L＝186.93mm。

例7-2　已知图7-10(d)所示工件厚度t＝3mm，边长l1＝60mm，l2＝100mm，求毛坯总长L。

解:图示弯形工件为直角，所以

毛坯总长L＝161.5mm。

小提示

弯形工艺注意事项

①由于材料本身性质的差异和弯形工艺及操作方法的不同，理论计算的坯件长度和实际需要的坯件长度之间会有误差。因此，批量生产时要采用试弯的方法来确定坯件长度，以免造成成批废品。

②弯形工件的弯形半径若超出极限值，则会使靠近材料表面的金属变形严重，导致工件被拉裂或压裂。为防止此种现象的发生，必须将工件的弯形半径限定在合理界限值内，使它大于导致材料开裂的临界弯形半径，即最小弯形半径。最小弯形半径的数值由实验确定，常用钢材的弯形半径如果大于两倍材料厚度，一般就不会产生裂纹。当工件的弯形半径较小时，可采用分次弯形，中间进行退火，以避免工件被弯裂。

2)弯形方式

工件的弯形有冷弯和热弯两种方式。在常温下进行的弯形称为冷弯，常由钳工完成。当工件较厚(一般超过5mm)时，要在加热情况下进行弯形称为热弯，常由锻工完成。弯形虽然是塑性变形，但也有弹性变形存在。工件弯形后，由于弹性变形的恢复，使得弯形角度和弯形半径发生变化称为回弹。为此，在弯形过程中应多弯过一些，以抵消工件回弹。

(1)板料的弯形。

①直角工件的弯形。当工件形状简单、尺寸不大，能在台虎钳上装夹时，可在台虎钳上弯制直角。弯形前先在弯曲部位划好线，线与钳口(或衬铁)对齐，工件装夹的两边要与钳口垂直，用木槌敲打至直角即可，如图7-11(a)所示。

被夹持的板料，如果弯形线以上部分较长，为了避免锤击时板料发生弹跳，可用左手压住板料上部，用木槌在靠近弯曲部位的全长上轻轻敲打，使弯形线以上的平面部分不受锤击和回跳，保持平面的平整。当弯形线以上部分较短时，应用硬木垫在弯曲处再敲打[见图7-11(b)]。

当工件弯形部位的长度大于钳口宽度2～3倍，且工件两端较长，无法在台虎钳上装夹时，可将一边用压板压在有T形槽的平板上[见图7-11(c)]，在弯形处垫上木方条，用力敲打木方条，使其逐渐弯成直角。

图7-11　弯直角工件

②多直角工件的弯形。弯制图7-12(a)所示多直角工件时，可用木垫或金属垫作为辅助工具，按图样要求在长度方向划出各段折弯线，将板料按画线装夹在台虎钳的角铁衬内，弯制A处直角[见图7-12(b)]，再用衬垫弯制B处直角[见图7-12(c)]，最后用衬垫弯制C处两个直角[见图7-12(d)]。

图7-12　弯多直角工件

③圆弧形工件的弯形。弯制图7-13(a)所示工件时，先在材料上划好线，将工件按线装夹在台虎钳的两块角铁衬里，用方头锤子的窄头锤击，按图7-13(b)、(c)、(d)所示步骤弯形，然后按图7-13(d)所示方式在半圆模上修整圆弧。

图7-13　弯圆弧形工件

④圆弧和角度结合工件的弯形。弯制图7-14(a)所示工件时，先在狭长板料上划好弯曲线。弯曲前，按图样要求将两端的圆弧和孔加工好。弯曲时，可用衬垫将板料装夹在台虎钳内，将板料两端弯形[见图7-14(b)]，最后在圆钢上弯制工件的圆弧[见图7-14(c)]。(www.xing528.com)

图7-14　弯圆弧和角度结合工件

(2)管材的弯形。直径在12mm以下的管子，一般采用冷弯的方法进行弯形加工。弯制直径在12mm以上的管子，则用热弯的方法进行。最小弯形半径必须大于管子直径的四倍。

当弯曲的管子直径大于10mm时，为了防止管子弯瘪，必须在管内灌满填充材料，两端用木塞塞紧[见图7-15(a)]。对于有焊缝的管子，必须将焊缝放在中性层的位置上[见图7-15(b)]，防止弯形时焊缝裂开。

冷弯管子通常在弯管工具上进行。图7-15(c)所示为一种结构简单，用于弯曲小直径管子的弯管工具。它由底板、转盘、靠铁、钩子和手柄等组成，转盘圆周和靠铁侧面有圆弧槽。圆弧按所弯管子直径而定(最大弯形半径为6mm)。当转盘和靠铁的位置固定后即可使用。使用时，将管子插入转盘和靠铁的圆弧槽中，钩子钩住管子，按所需弯曲的位置扳动手柄，使管子跟随手柄弯制到所需的角度。

图7-15　冷弯管件及工具

(a)管子灌干砂　(b)焊缝在中性层位置　(c)弯管工具

3.铆接

铆接过程如图7-16所示，将铆钉插入被铆接工件的孔内，并把铆钉头紧贴工件表面，然后将铆钉杆的一端镦粗而成为铆合头。这种用铆钉连接两个或两个以上工件的操作称为铆接。

图7-16　铆　接

1)铆接的种类

(1)按使用要求不同，铆接可分为活动铆接(铰链铆接)和固定铆接。

①活动铆接的结合部位可以相互转动，例如剪刀、画规等工具的铆接。

②固定铆接的结合部位是固定不动的，根据其用途和要求的不同，还可分为强固铆接、紧密铆接和强密铆接等。例如强固铆接用于承受强大作用力的桥梁、车辆、建造屋架等场合，紧密铆接用于气体、液体容器的铆接，而强密铆接用于高压容器装置。

(2)按铆接方法不同，铆接可分冷铆、热铆及混合铆等。

图7-17　铆接的形式

(a)搭接　(b)对接　(c)角接

①冷铆是指铆接时，铆钉无须加热，直接全部镦出铆合头。此法要求铆钉材料必须具有较高的延展性。直径在8mm以下的钢制铆钉都可用冷铆方法铆接。

②热铆是指把整个铆钉加热到一定温度，然后再铆接。因铆钉受热后塑性好，容易成形，并且在冷却后铆钉杆收缩，更加大了结合强度，所以在热铆时把工件的孔径放大0.5～1mm，使铆钉在热态时容易插入。直径大于8mm的钢制铆钉大多用热铆。

③混合铆是指铆接时只加热铆钉的铆合头端部。对于细长的铆钉，常采用这种方法，以免铆接时铆钉杆弯曲。

2)铆接的形式

铆接的形式是由零件的相互位置所决定的，主要有搭接、对接和角接等，如图7-17所示。

3)铆钉与铆接工具

(1)铆钉。按制造材料的不同，铆钉可分为钢质、铜质和铝质铆钉；按形状的不同，可分为半圆头、平头、沉头、空心铆钉等(见表7-5)。

表7-5　常用铆钉的标准及应用

注:有∗为商品品种，应优先选用。

(2)铆接工具。手工铆接的常用工具有锤子、压紧冲头、罩模、顶模等，如图7-18所示。

压紧冲头的作用是当铆钉插入铆钉孔后，用它将被铆合的板件相互压紧；罩模用于铆接时镦出完整的铆合头；顶模用于铆接时顶住铆钉头，以利于铆接和保护铆钉头。

罩模和顶模用于半圆头铆钉和标牌用铆钉的铆接。其工作部分大多制成半圆形凹球面或凹形。两者的主要区别是柄部，罩模柄部常制成圆柱形，顶模柄部常制成扁方形，以便在台虎钳上装夹稳固。

图7-18　铆接工具

(a)压紧冲头　(b)罩模　(c)顶模

4)铆接方法

(1)铆钉直径及通孔直径的确定。铆钉直径与被连接件的厚度、连接形式及被连接件的材料等多种因素有关。当被连接件的厚度相同时，铆钉直径等于板厚的1.8倍；当被连接件的厚度不同而需搭接连接时，铆钉直径等于最小板厚的1.8倍。铆钉直径可在计算后按表7-6中的数值圆整。

铆接时通孔的大小，应随连接要求的不同而有所变化。若孔径过小，则铆钉插入困难；若孔径过大，则铆合后的工件容易松动。无特殊要求时，一般可按表7-6选取通孔直径。

表7-6　标准铆钉直径及通孔直径　(单位:mm)

(2)铆钉长度的确定。铆接时铆钉杆所需的长度，除了满足被铆接件的总厚度外，还需要保证足够的伸出长度，以用来铆制完整的铆合头，从而获得足够的铆合强度。经验证明，半圆头铆钉的伸出长度，应为铆钉直径的1.25～1.5倍。沉头铆钉的伸出长度，应为铆钉直径的0.8～1.2倍。铆钉杆的长度计算公式为

①半圆头铆钉杆长度:　L＝∑δ＋(1.25～1.5)d

②沉头铆钉杆长度:　L＝∑δ＋(0.8～1.2)d

式中，∑δ——被铆接件总厚度，单位为mm；

d——铆钉直径，单位为mm。

(3)手工铆接的方法。

①半圆头铆钉的铆接步骤如下。

a.铆钉插入孔后，将顶模置于垂直而稳固的状态；将铆钉半圆头与顶模凹圆相接；用压紧冲头把被连接件压紧贴实[见图7-19(a)]。

b.用锤子锤打铆钉伸出部分使其镦粗[见图7-19(b)]。

c.用锤子适当斜着均匀锤打周边，初步成形[见图7-19(c)]。

d.用罩模转动锤打，修整成形[见图7-19(d)]。

图7-19　半圆头铆钉的铆接步骤

②沉头铆钉的铆接有两种方式:一种是用成品沉头铆钉铆接，另一种是用圆钢截断后代替铆钉铆接。用成品沉头铆钉铆接，只要将铆合头一端的材料经铆打填平沉头座即可。

图7-20为用圆钢截断后代替铆钉的铆接步骤。

图7-20　沉头铆钉的铆接步骤

③空心铆钉的铆接。如图7-21所示，把被连接件相互贴合，经过画线、钻孔、孔口倒角等加工工艺后，将空芯铆钉插入后，先用样冲冲压，使铆钉孔口张开，与工件孔口紧密贴合，再用特制冲头使翻开的铆钉孔口紧密贴于工件平面。

图7-21　空心铆钉铆接

图7-22　抽芯铆钉铆接

④抽芯铆钉的铆接。如图7-22所示，将抽芯铆钉插入铆件孔内，并将伸出铆钉头的钉心插入拉铆枪头部的孔内，然后起动拉铆枪。由于钉心的一端是制成凸缘形的，随着钉心的抽出，使伸出铆件的铆钉杆在凸缘作用下自行膨胀形成铆合头，待工件铆紧后，钉心即在凹槽处断开而被抽出。

任务实施

1.加工要求与相关工艺分析

由图样可知，内卡钳的内卡角材料为Q235，垫片材料为35钢，用半圆头铆钉铆接。要求表面粗糙度值Ra≤1.6μm。

2.加工步骤

加工内卡钳的步骤如下。

(1)检查坯件，清理毛刺。

(2)矫正板料，使之贴平放置在平板上，且无翘曲现象。

(3)将板料用圆钉固定在木板上[见图7-23(a)]，然后装夹在钳口内，粗锉至两个平面厚度尺寸为2.1mm(同时加工两件)。

(4)按图样制成展开样板，对坯件画线。

(5)将两件贴合，钻孔至尺寸为ϕ4.8mm，铰孔至尺寸为ϕ5mm，保证与铆钉紧配，孔口倒角。

(6)将卡钳的两个测量脚同向合并，用M5螺钉与螺母拧紧，按画线粗锉外形(留0.1mm左右余量)。

(7)将两个测量脚按图7-23(b)所示进行弯形，达到图样要求。

图7-23　内卡钳加工工艺方法

(a)薄板料装夹　(b)测量脚弯形

(8)将测量脚重新固定在木板上，装夹在钳口内，精锉两个平面至厚度尺寸为(2±0.03)mm、平行度为0.03mm、表面粗糙度值Ra≤1.6μm。

(9)用铆钉通过ϕ5mm的孔将两个测量脚按装配方向串叠在一起，同时在两侧垫上ϕ18mm垫圈。用半圆头铆钉的铆接方法完成铆接。要求半圆头光滑且平贴在垫圈上，两个测量脚活动松紧均匀。

(10)按图样尺寸修整外形，锉好两个测量脚斜面，要求两个测量脚尺寸、形状相同且等高。淬火处理，使其硬度达到45～50HRC，最后用砂布打光，检验。

任务评价与反馈

内卡钳的制作，融汇了矫正、弯形与铆接及锉削、钻削等各项技能，通过本任务，掌握各项制作工艺的基本技能，具备矫正、弯形和铆接操作的基本能力。

1.自我测评

(1)通过本任务实施有哪些收获?

(2)手工矫正的常用工具和操作要点是什么?

(3)半圆头铆钉的铆接需要哪些工具?操作要点是什么?

2.任务考评

用游标卡尺配合目测法及试测自检，填写任务考评表(见表7-7)

3.实训感悟

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表7-7　加工内卡钳任务考评表