板材自動套料及等離子切割在廠房鋼結構制作中的應用

孫 科，王 剛

（中國二十冶集團有限公司鋼結構工程分公司，上海 201900）

鋼結構廠房與傳統的廠房建設相比較，具有效率更高、結構更加穩固以及質量更為可靠等優點。因此，目前也得到了越來越多的廠家的認可，在實踐中的應用范圍越來越廣。但是，目前我國的鋼結構廠房在建設的過程中，鋼結構的制作主要依賴于人工排版以及人工切割。存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率難以保障等問題。依靠板材自動套料技術以及等離子切割技術能夠有效的改善上述存在的問題。

1 板材自動套料技術及等離子切割技術的基本原理

1.1 板材自動套料技術的基本原理與結構

板材自動套料技術能夠依據企業現有的生產以及庫存管理模式，完善自身的材料管理，并且有效的提升其材料的利用率，將材料依據不同的材質、規格、板厚以及工程進行統計以及匯總。同時，還能夠對切割完之后的余料可以再次利用，建立起一種有效的管理，通過對其進行有效編碼，為材料排版建立起數據支撐。在材料消耗之后，對應規格和編碼的材料從數據庫之中消除，而余料直接進入材料數據庫。其關鍵的技術特性就是通過運用數據庫技術，實現排版的信息共享以及交流，其基本結構如圖1所示。

圖1 板材自動套料系統的基本結構

板材自動套料技術在廠房鋼結構制作中能夠起到如下幾個方面的作用：通過運用板材自動套料技術，能夠起到有效的提升鋼結構的制作效率的作用，由于所有的板材都已經編號、排序，自動套料與手工排版相比，能夠節省大量的時間；采用板材自動套料技術，在廠房的鋼結構制作之中，能夠有效的減少板材的消耗，提高板材的利用效率。在傳統的手工排版方式之下，切割之后的余料往往直接當作廢品進行處理，利用效率不高。但是，板材自動套料技術能夠對余料進行分析，將可以再利用的余料進行分類存放，在需要時，自動調用，可以有效的提升板材的利用效率，降低鋼結構的生產制作成本。

2.1 等離子切割技術的基本原理

根據目前的科學研究，發現物質基本上分為4種狀態，即隨著溫度的不斷升高，物質一般會有固體、液體以及氣體3種狀態，并且隨著溫度的進一步升高，能量還會使得分子進一步的分離，其中的原子由于激烈的相互碰撞而導致其內部的電子脫離出來，并且離解成為正負離子。這時，物質就進入到了第4種狀態，也就是本文提及的等離子體。等離子之間的撞擊會釋放出非常龐大的能量，并且能夠維持在一個非常高的溫度之下。正是基于等離子的這種性質，將其通過一定的約束之后應用于切割之中，往往具有非常好的效果。而且，等離子切割與傳統的火焰切割相比較，除了熔化之外，還起到一定的有氧蒸發的作用，切割速度更快，切口質量更好，而且穿孔時間很短，因此目前也得到了越來越廣泛的應用。等離子切割的基本原理如圖2所示。

圖2 等離子切割的基本原理

如圖2所示，等離子弧切的原理實際上就是以高溫高速的等離子弧為熱源、將被切割件面部熔化，并得用壓縮的高速氣流的機械沖刷力將熔化的金屬或非金屬吹走而形成狹窄的切口的過程。

2 應用實例分析

2.1 案例簡介

HD鋼構廠作為年產在15萬t大型鋼結構制造特級企業，近年來為大量鋼結構廠房的建設提供鋼結構制作服務，在經營過程中，企業發現其傳統的排版以及切割方式，存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率難以保障等問題。如何降低材料損耗和提高材料余料利用率，加強鋼材預算及定板定尺采購，實現鋼結構切割下料的全過程信息化管理模式尤為重要。

2.2 板材自動套料技術以及等離子切割技術的應用

HD鋼構廠在2012年開始，對其切割機進行了改造，已納入了Fastcam套料軟件以及XSTEEL技術，從而實現了編程的簡單化，使得板材的自動套料成為了可能。此外，HD鋼構廠還引入了等離子切割技術，對切割方式進行了升級。為了便于操作，HD鋼構廠對于所有的客戶的要求運用AutoCAD進行了重新設計，然后在Fastcam中導入相關的設計文件，就可以根據提示確定下料的數量、規格，并且以最節省余料的原則，對零件進行排版布局，選擇合適的切入點。

2.3 板材自動套料技術以及等離子切割技術應用的效益

通過上述一系列的升級和改造，HD鋼構廠實現了損耗率降低1%的目標，以年產15萬t計算，損耗率每降低1%，將節約成本15萬t×1%×3000元/t=450萬元。同時，良品率也得到了一定的提升，再加上效率的相應提升，經過初步測算，這兩項就可以給HD鋼構廠實現近500萬元利潤的提升。因此，綜合來看，在HD鋼構廠應用板材自動套料技術以及等離子切割技術可以每年多實現近1000萬元的利潤。

3 結語

近年來，隨著數控技術、數據庫技術以及其他相關技術的發展和普及，極大的促進和滿足了鋼結構制造行業的發展，其技術發展以及普及帶來的綜合效益的提升非常客觀。文章介紹的板材自動套料技術以及等離子切割技術在廠房鋼結構制作中的應用，可以為HD鋼構廠每年增加1000萬元的利潤，值得推廣。

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