数控火焰切割件切割变形的工艺控制

数控火焰切割件切割变形的工艺控制

廉东杰

中车齐齐哈尔车辆有限公司黑龙江齐齐哈尔161002

摘要：钢板在进行火焰切割加工的过程中，产生变形是比较常见问题，变形问题不仅会影响到加工质量，严重的还会给加工构件的使用造成影响，最终导致产品成品升高。本文主要分析了在切割过程中零件产生变形的主要原因，然后针对实际情况提出相应的解决策略，以期通过分析研究能够提高数控火焰切割件的质量。

关键词：数控火焰切割；切割变形；工艺控制

1数控火焰切割机特点

微型数控切割机在切割方式上可以有火焰切割和等离子切割两类，便携式数控火焰切割机主要应用于金属板材快速加工的精细切割机设备，使用于铁板，铝板，镀锌板，白钢板等金属板材的切割机。便携式数控等离子切割机具有高质量，高精度，可操作性强等基本特性，同时具有于激光切割相媲美的切割精度和更胜于激光切割机的价格优势。因此广泛应用于汽车、造船、工程机械、石化设备、轻工机械、航空航天、压力容器以及装饰、大型标牌制造等各行各业，适合碳钢（火焰切割）、不锈钢以及铜、铝（等离子切割）等金属板材切割和下料作业。根据金属材料和切割金属的厚度从工艺角度来说,一般5mm以上的碳钢板推荐用火焰进行切割,因为他本身的切割坡口质量比较垂直,坡口很小,最大切割厚度可以达到200mm,不锈钢和有色金属不能用火焰进行切割。

切割机应用目前有金属和非金属行业,一般来说,非金属行业分的比较细致,像有切割石材的石材切割机,水切割机,锯齿切割机,切割布料和塑料,化纤制品用的激光切割机,刀片式切割机切割金属材料的则有火焰切割面,等离子切割机,火焰切割机里面又分数控火焰切割机,和手动的两大类,手动的类别有,小跑车,半自动,纯手动,数控的有,龙门式数控切割机,悬臂式数控切割机,台式数控切割机,相贯线数控切割机等等。

2产生切割变形的理论分析

金属板材在火焰切割时产生切割变形，主要有以下三方面的原因：

金属板材在轧制或开卷过程中难免存在分布不均匀的残余内应力。

金属板材在切割过程中，受局部高温热源的影响，沿切割方向急剧膨胀，而周围母材金属又会限制这种膨胀，从而在切口边缘产生不可抵消的应力，当应力超过金属的屈服强度时，就产生压缩塑性变形。

在冷却过程中，金属板材沿切割方向产生一定的收缩变形，同时受周围母材金属的限制，材料内部会产生一定的拉应力。由于这种不均匀的加热和冷却，材料内部的应力不可能平衡和完全消除，所以在材料内部应力的作用下，被切割的零件会发生不同程度热变形，表现为零件形状扭曲和尺寸偏差。

影响切割变形的因素主要有切割速度、割嘴的型号及其高度、切割程序等。根据板材厚度选择合适的切割速度和割嘴型号，控制好割嘴与板材之间的距离，能有效控制热输入量，减少切割变形。切割程序的合理与否，直接影响着切割质量。

3数控火焰切割件切割变形的工艺控制

3.1运用自动化控制技术对切割件进行切割控制

运用自动化控制技术对切割件进行控制的流程如下：人工在自动化控制端输入切割件的材料、长宽高、硬度以及制作工艺等/自动化控制系统根据安装的红外线装置自动检测切割件的长宽高以及重量，根据这些条件自主算出密度——根据输入或者计算出来的数据在数据库中进行检索和分析，选择出合适的切割速度、喷嘴型号和切割流程——控制人员对上述内容进行检查，选择是否执行切割，然后系统发出相应的命令（不执行切割返回第二步，重新检索和计算，执行切割继续下一步）——切割设备接收到系统发出的命令之后，自动设定切割速度、适配喷嘴型号，执行切割流程——切割命令执行完毕之后，返回完成信号，自动化控制系统对切割状况进行重新检测，然后测算出合适的冷却环境，制定出冷却环境参数——自动化操作系统自主调整冷却环境，使切割件顺利冷却。这样，就能够根据切割件的状况来实现切割工艺的自动化调整，避免因为材料密度不均匀、受热不均等导致的切割变形状况。

3.2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。

3.3制定合理的零件切割顺序

起火点的选择，最为理想的起火点是在钢板边缘外已割零件的割缝中间。距离太大会使钢板穿孔，铁屑飞溅，影响切割质量、降低割嘴寿命和生产效率；距离太小时，会伤及已割零件。

切割方向应该保证最后一条割边与母边大部分脱离，让工件一直受大钢板的牵制。在套料过程中多采用共边切割。对于不规则的窄长零件，编程时应使零件相对应部位的切割线保留30mm左右，使零件有一定的牵制，以此来限制工件的热变形。

切割顺序一般应遵循“先内后外、先小后大”的原则，即先切割零件的内轮廓，后切割外轮廓；先切割面积小的零件，后切割面积大的零件；这样切割可以最大限度地抑制变形。否则，在已脱离母板而靠自重又不足以维持可靠定位的钢板切割内轮廓或其他小零件，会造成进一步变形。

理想的引人方向是圆弧引人，沿切割边的切线方向逐渐逼进，实现割口截面的光滑过渡。而直线引入是沿割边的法线方向，在引入位置会出现弧坑，影响割口外观，严重时会出现废品。

3.4应用SigmaNEST套料软件

SigmaNEST软件是一款融合了先进自动套料技术、加工轨迹优化技术和自动化管理技术的自动套料软件。在控制切割热变形方面，该软件有留割、搭桥、工艺筋、最小热量法等几种方法。留割是在大尺寸零件的边上留几段15-30mm的桥不切割，使之与母板相连，以牵制零件收缩变形；搭桥是在套料完成后，在零件之间增加一定宽度的桥，将相邻零件看作一个整体切割，达到相互牵制、降低变形的目的；工艺筋是在零件内部的大开孔上预留一定宽度的工艺拉筋，用于减小零件内孔的收缩；最小热量法是SigmaNEST软件中，按照最小热变形量设定的切割路径，实际编程中，也可以根据套料情况更改切割路径，降低变形量。

4结语

数控火焰切割过程中，选择变形量较小的加工方式，如留割、搭桥等等，选择最佳的加工方向以及加工顺序，制定变形量最小的加工程序，防止零件出现较大变形量，提高零件加工水平，以达到提质降本的效果。

参考文献

[1]施汉生.姜兴辰.氢氧火焰切割节能技术的研究与应用[J].冶金设备.2012（02）

[2]钱金川.分离式氢氧机在连铸坯火焰切割中的应用[J].金属加工（热加工）.2011（02）

[3]陈建平.马琳.传统火焰切割技术在机加工领域的推广应用[J].金属加工（热加工）.2012（02）