數(shù)控火焰切割機切割質(zhì)量影響因素和尺寸精度控制

喬 俞

(中國石油遼陽石油化纖公司機械廠)

隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的迅速發(fā)展，對于板材切割，傳統(tǒng)的手工切割和半自動切割已不能滿足高速發(fā)展的工業(yè)生產(chǎn)要求，而高效率、低成本且高智能的數(shù)控火焰切割機越來越受到廣大企業(yè)的青睞。生產(chǎn)效率得到提高的同時，切割質(zhì)量和切割尺寸精度這些影響工件成型質(zhì)量和產(chǎn)品整體性能的重要因素，也是切割操作工不斷探討的問題。

1 影響切割質(zhì)量因素

1.1 切割工藝參數(shù)

根據(jù)所割工件的厚度選擇合適類型的割嘴型號，精確調(diào)整氧燃氣的工作壓力值、設(shè)定正確的割嘴間隙，對切割質(zhì)量和工作效率至關(guān)重要。根據(jù)某廠MESSER數(shù)控火焰切割機實際生產(chǎn)經(jīng)驗，火焰切割機相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 氧切割相關(guān)工藝參數(shù)

注：以上數(shù)據(jù)是在普通鋼板碳量為0.3%，且切割氧的最低純度為99.5%的基礎(chǔ)上列出的。

1.2 氣體

火焰切割是一種熱切割工藝，切割材料被局部加熱到燃燒點并且在切割氧流中燃燒，由加熱火焰和切割材料燃燒所共同產(chǎn)生的熱使切割材料在切割氧流中連續(xù)燃燒，因此切割機的工作氣體是氧氣和可燃氣體。

1.2.1氧氣

在數(shù)控火焰切割中，氧氣的純度是影響氣割質(zhì)量的重要因素，由此要求切割氧純度必須達到99.5%以上，氧純度每下降1.5%，切割速度下降25%，耗氧量增加50%，同時造成切割面粗糙，下緣掛渣，氧氣純度低于95%則不能切割。

在數(shù)控火焰切割中，氧氣壓力的穩(wěn)定性對工件的切割質(zhì)量至關(guān)重要。采用瓶裝供氧，中途必然要更換氣源，瓶裝氣源使用開始和結(jié)束時，氣源壓力波動大。造成氣割表面質(zhì)量明顯劣變，解決方法可采用溫水加熱法，以保證氣源的穩(wěn)定性。采用液態(tài)氧切割，由于儲量大，氣體質(zhì)量好，提高了表面質(zhì)量，且綜合經(jīng)濟指標也高于瓶裝氧氣，在工作效率上能有較大的提高。

1.2.2可燃氣體

火焰切割中常用的可燃氣體有乙炔、煤氣、天然氣及丙烷等。乙炔氣體理論燃燒值溫度高，與氧氣按比例混合點燃后所產(chǎn)生的火焰溫度高于其他可燃氣體，容易滿足氣割溫度要求，且價格便宜，制取方便，可獲得較高的表面質(zhì)量，也因此得到廣泛的應用。

1.3 切割火焰

通過預熱火焰，把金屬工件加熱至金屬在氧氣中燃燒的溫度，并始終保持這一溫度，同時使得鋼材表面的氧化皮剝離和熔化，便于切割氧流與金屬接觸，能較好地控制切割表面質(zhì)量，而預熱火焰能率是影響切口質(zhì)量的重要參數(shù)，在操作數(shù)控火焰切割機時，一般通過調(diào)節(jié)氧氣和燃氣的比例得到3種切割火焰：中性焰、碳化焰和氧化焰。火焰切割一般采用的是中性焰或輕微的氧化焰。

中性焰是氧與乙炔體積比為1.1～1.2時的混合氣燃燒形成的火焰。通過機床的切割快風按鈕，檢查切割氧射流的情況：必須以筆直的圓錐形從割嘴射出，預熱火焰集中的圍繞切割氧射流。圖1為中性焰形狀及其切割工件表面形貌。

a. 中性焰

b. 切割氧射流

c. 所切割出的表面質(zhì)量

碳化焰是氧氣與乙炔的體積比值小于1.1時的混合氣燃燒形成的火焰。碳化焰切割容易造成切割過程中斷。圖2為碳化焰的形狀。

圖2 碳化焰形狀

氧化焰是氧氣與乙炔的體積比值大于1.2時的混合氣燃燒形成的氣體火焰，圖3為氧化焰形狀及其切割工件的表面形貌。

a. 氧化焰

b. 所切割出的表面質(zhì)量

火焰的類型對切口表面質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響，因此在切割過程中，要注意隨時調(diào)整預熱火焰，防止火焰性質(zhì)發(fā)生變化。

1.4 切割速度

切割速度是影響切割過程穩(wěn)定性和切割斷面質(zhì)量的直接因素。實際生產(chǎn)中應根據(jù)所用割嘴的性能參數(shù)、氣體的種類及純度、鋼板的材料和厚度來調(diào)整切割速度(表1)。

通常有經(jīng)驗的操作工人能從火花飛濺的情況和切割過程中產(chǎn)生的聲音來判斷切割速度是否合適，銳利的切割邊和滿意的切口質(zhì)量，只可能在預熱火焰調(diào)整合適時才能獲得。圖4為不同切割速度對切割表面質(zhì)量的影響。

2 尺寸精度的影響因素

數(shù)控切割機切割零件的尺寸精度與設(shè)備精度、切割方向和操作工的實際經(jīng)驗息息相關(guān)。

a. 速度適中

b. 速度太快

c. 速度太慢

2.1 穿孔和切入點選擇

例如切割厚度為6～20mm的鋼板，由于工件受熱易變形，采用如圖5所示的穿孔辦法使鋼板邊緣成封閉狀態(tài)，可限制因變形引起的零件尺寸偏差。

圖5 切割4件φ500mm折流板穿孔示意圖

如果穿孔在零件輪廓上，零件就會有瑕疵，因此切割前必須加入引入、引出線，而對于圓形工件，要求較高的切割接點，最好使用圓引線。

切割20～100mm鋼板，由于切割不易發(fā)生變形且穿孔操作翻渣厲害，易堵塞割嘴，可以直接從鋼板邊緣切入。

復雜工件選擇穿孔位置時，應考慮使熱量對稱從里面?zhèn)鞯酵饷?圖6)。

2.2 切割方向選擇

切割方向應保證切割結(jié)束在大面積的鋼板上，否則會因為受熱板材移動導致切割變形。由于工件比較狹長，受熱不均勻，引起熱脹冷縮，切割過程中容易變形，應采用斷續(xù)切割的方法(切割一段距離，空運行一段，然后再預熱切割)。

圖6 支撐板穿孔順序

3 結(jié)束語

嚴格的質(zhì)量控制方法可以保證數(shù)控火焰切割機切割各種零件的尺寸精度及切割的高效率。正確的控制因素分析是保證切割質(zhì)量的重要前提，而高素質(zhì)的操作人員是完成任務的必要條件，在實際生產(chǎn)中，要采用理論與實際相結(jié)合的方法，既要把握各種控制因素，也要認真總結(jié)經(jīng)驗并及時加以分析改正，努力提高操作水平，這也是切割質(zhì)量不可忽視的重要環(huán)節(jié)。