数控火焰切割精度研究及运用

数控火焰切割精度研究及运用

钱建国

浙江远大钢构实业有限公司浙江湖州313223

摘要：数控火焰切割精度指的就是通过切割处理后的工件几何尺寸和其图纸尺寸对比的误差关系，对数控火焰切割精度易形成影响的因素主要包括热变形、切割速度、切割火焰、割缝补偿等，本文将重点针对其影响因素展开分析，并给出提高数控火焰切割精度的工艺技术，以供参考。

关键词：数控火焰切割；研究；精度；热变形

由于钢结构的快速发展，构件形式也发生了巨大的变化，由原来的单一的H形梁柱逐步朝着复杂化、多元化的方向发展。同时，对制造厂加工复杂构件的精度要求也有所提高。在数控火焰切割应用中金属结构的应用愈来愈广泛，编程切割过程具有不可干预性，为此，在工件切割时因热变形受到影响的尺寸也不同如同一般切割机一样获取到补偿，严重影响到工件切割的尺寸精度，进而导致厂家蒙受巨大的经济损失。下面将针对数控火焰切割精度形成影响的诸多因素展开分析，并给出提高精度的技术，从而有利于提高数控火焰切割下料工件的合格率。

一、影响数控火焰切割精度的主要因素

影响数控火焰切割精度的因素主要包括热变形、割缝补偿、切割速度等，因此，对数控火焰切割精度的研究也应从下面几方面入手展开分析。

（一）热变形

影响切割精度的决定性要素是切割热变形。热变形是由钢板加热及冷却的不均衡引起的，材料内部应力进而发生作用，造成变形或移位状况的出现。由于热切割状态下，材料内部应力无法维持完全平衡或消失，因此，在实际操作时，只能通过间接方式抵消应力，从而减少热变形的发生。

（二）切割速度

切割过程是否稳定、切割质量是否良好，都与切割速度息息相关。在切割实际过程中，割嘴的性能参数、气体种类及纯度、工件材质及厚度等要素都影响着着切割速度。过度快速地进行切割，则可能引起切割断面发生凹陷、挂渣、切割中断等状况，进而产生质量缺陷;过度慢速地进行切割，则可能引起边缘熔化塌边、圆角、呈现水冲状的深沟凹坑等状况的发生。

（三）割缝补偿的影响

割缝补偿是弥补误差的有效方式。实际操作时，其火焰切割半径与理论常常存在偏差，进而影响切割零件尺寸的准确度。这一状况下，则应发挥割缝补偿的重要作用。割缝补偿设定要准确，偏大或者偏小，都会造成切割零件尺寸与图纸零件尺寸的误差。

（四）操作对零件切割精度的影响

进行切割时,割嘴距离钢板之间应保持恰当的空间，假如割嘴放置过高,将导致预热火焰风线不集中，那么钢板难以割透;而割嘴较低时,使用到的是切割钢板的内焰,会导致切割温度较低,造成切割精度低。进行切割时，由于钢板存在不平的情况发生等，所以要对割嘴距离钢板间的距离进行调整。通常情况下，两者间应保持的距离为6到8毫米。所以切割时燃料常用到氧气等,经过对氧气、丙烷气体等燃料的切割质量比较,不难看出，氧气、丙烷气体两种表现最佳，主要表现在切割零件其切口下缘部位，出现很少的挂渣,而且切割面较为光滑。

（五）“桥接”设置的影响

在切割过程中，针对钢板局部采取了快速加热和冷却的处理,会导致切割区域出现了三维变形,特别是薄板零件部位出现了翘曲变形的情况。

钢板一旦在受热作用下，会产生膨胀以及收缩，将会对钢板切割和未切割部分的钢板引发位移，从而使得后续零件在切断时，误差较大。面对出现较多的零件现状,就必须在它们与母材之间，也或者是零件和零件之间，进行‘‘桥接”工艺的处理。从而很好地控制切割的钢板零件，大大降低零件出现误差的机率，从而确保切割准确无误。

二、对策

（一）热变形的控制

影响切割精度的决定性要素是切割热变形。热变形是由钢板加热及冷却的不均衡引起的，材料内部应力进而发生作用，造成变形或移位状况的出现。由于热切割状态下，材料内部应力无法维持完全平衡或消失，因此，在实际操作时，只能通过间接方式抵消应力，从而减少热变形的发生。

（1）确定合理的切割顺序

有助于钢板受热部分均匀，内部的应力不产生作用，降低热变形产生的机率。所以进行工件内部的切割时，要严格按照如下的原则：

A、从内到外：当内孔数量较多时，可先对中间的孔切割，再逐渐由内及外。

B、从小到大：大小内孔都出现时，按照先小后大进行切割。

C、从圆到方：对圆孔先进行切割处理，再考虑方孔切割，圆孔切割时会有大量的热能产生，并有规律地形成辐射状，方孔会由此产生热应力，但针对材料内部来言，表现十分不平衡。

D、交叉跳跃：对排孔进行切割处理时，采用交叉跳跃的方式，从而内应力失去作用，并导致消失。

E、先难后易：在切割内孔时，先处理形状较繁琐的，再选择容易的内孔处理。

（2）选择合理的切入点

切入点的选择要恰到好处，使得切割时，最大程度上与大板之间联系在一起，以免热变形导致位移，并引发切割出现较大的误差。

（3）留点切割

针对形状既长又窄的工件，要进行切割时，从实际出发，应对不同情况，对保留下的“点”不割，从而使得切割时，工件与母材之间不脱离，从而减小了工件变形的力度。

（4）打塞定位

进行切割时，以免工件产生移位，也或者是扭曲现象的发生，正确的做法是：将准备好的塞子打到工件恰当的地方，迫使工件定位，有效降低了热变形发生的机率。

（5）内部打孔

进行切割时，巧妙地从内部进行打孔切割，但板材端头不完全切割断，这样一来，切割的工件位置会一直保持在母材的内部，以免一旦被切割断，会出现热变形应力，从而造成母材移位情况的出现，也或者工件离开控制产生较大的移位。

（6）割断板边

一旦出现了工件尺寸近似于钢板尺寸时，也或者在进行料头切割过程中，出现料边与工件之间不相联的情况，料边会在热变形的作用下，快速产生弯曲，引发应力，此时工作台会产生反作用力，从而导致工件会移情况的出现，引起切割的尺寸不准确。所以进行切割时，要将料边及时进行处理，特别是它作用于工件之前，就要采取有效的措施，从而避免发生料边变形而引起工件移动，导致工件尺寸大小与实际不符。

（7）双割炬切割

双割炬切割主要应用在长且两边对称的工件上。它通过让工件维持受热均衡，产生可相互抵消的应力，从而减少变形的发生。上文中提及的措施在减少热变形问题上具有关键作用，在实际操作中，要依据实际工件材质状况进行判断使用，当然，也可以同时采用，减少热变形的发生。

（二）切割速度的调整

切割精度与切割速度息息相关。在确保割透割好的前提下，尽可能地采用快速的切割。从切口喷出的焊渣受切割速度直接影响，依据其状况可进行速度调节。当切割过程正常，则火花束同切割氧流呈现平行。当切割速度过快，则火花束明显偏后，后拖量偏大；相反，切割速度过慢，则火花束向切割方向偏移，且不会产生后拖量。

（三）割缝的补偿

切割精度也受割缝的影响。割缝补偿是弥补误差的有效方式，正确选择割缝补偿数值，具有实际意义。通常情况下，补偿数值不得大于实际割缝宽度，一旦大于实际宽度，则可能引起切割图形无法封闭，或者造成与母材无法脱离等状况的发生。

（四）切割火焰的调整

切割火焰其能量状况受切割速度、切口质量等要素的直接影响。当工件厚度增大，且切割速度加快，则火焰能量也会增强；火焰能量强度要有一定的适度，特别是工件厚度较大的状况下，燃烧热量充足，预热状况也十分明显，如果火焰能量持续增强，则会引起边缘熔化塌边状况的发生。相反，如果火焰能量不足，则会引起钢板切割速度的降低，切割得不到充分的发挥，则直接引起中断发生。通常情况下，当钢板厚度在200mm以下，则采用中性焰即可满足需求；当钢板厚度较大时，则应采用还原焰，由于还原焰的长火焰是板厚的1.2倍以上，因此，能满足其切割需求。

结语

从上文的阐述中可以看出，采用数控火焰切割机进行切割过程中，要尽可能地采用多种措施减少热变形等状况的发生，通过操控切割速度、调整切割火焰，从而全面提升切割精度。

参考文献

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