數(shù)控等離子切割下料改進(jìn)方法

劉幫平 劉冬

1.概述

等離子切割的影響因素很多，包括切割參數(shù)、工作氣體類型與純度、操作人員技術(shù)能力及對設(shè)備的了解程度等多方面。本文從切割程序設(shè)置、排料等方面出發(fā)，談幾種可提高等離子切割產(chǎn)品表面質(zhì)量及生產(chǎn)效率的方法。

2.預(yù)留工藝小凸臺

數(shù)控等離子切割鋼板時，為了保證切割零件的完整性，切割的起點和終點通常不在零件的輪廓線上。對于外輪廓的零件，切割在零件輪廓外部起割和終止；對于內(nèi)輪廓零件，切割在零件輪廓內(nèi)部起止。我們分別把起割點和終止點到零件輪廓上這段多出來的切割線，叫做引入線和引出線。

一般在設(shè)計引入引出線時，兩者的交匯點仍然在零件輪廓上。以圓弧引入引出線為例，引入線為半圓弧引入，而引出線為四分之一圓弧，雖然切割起點和終點避開了零件輪廓，但從切割實際情況看，引入引出線交匯處還是會產(chǎn)生凹坑等缺陷（見圖1），影響零件外觀質(zhì)量，對于后續(xù)有焊接工序的零件，則需補焊再打磨平整。為此，通過修改程序在零件外部加入工藝小凸臺，將引入引出線交匯處“搬移”至零件輪廓外（見圖2）。為了減少后續(xù)打磨工作量，設(shè)計工藝小凸臺時要考慮板厚及切割縫寬度等因素，保證小凸臺突出量在5mm以內(nèi)，這樣有效地解決了交匯點處凹陷疤痕等質(zhì)量問題。通過觀察統(tǒng)計，對于無加工余量的等離子切割零件，采用預(yù)留工藝小凸臺的方法，結(jié)合正常的焊前打磨工序可輕易去除，工作量不大，質(zhì)量提高效果明顯。

圖1 凹坑缺陷

對于精度要求較高且無加工余量的等離子切割零件，工藝小凸臺的應(yīng)用解決了切割引入引出線處的凹坑等缺陷；但對于精度要求不高且留有機(jī)械加工余量的零件，則沒有必要預(yù)留工藝小凸臺。

3.引出線的處理

對于等離子切割，程序員會習(xí)慣性地同時設(shè)置引入引出線，然而在切割零件內(nèi)輪廓或小零件外輪廓時，筆者發(fā)現(xiàn)經(jīng)常出現(xiàn)割槍自動斷弧停機(jī)的現(xiàn)象。經(jīng)過觀察分析，得出以下原因：板料在切割過程中存在變形，且事業(yè)部切割平臺底部支撐板間隙為90mm，而設(shè)置的引入引出線使切割形成了全輪廓完整切割過程，于是切割行進(jìn)至引出線附近時，板料傾斜或掉落至切割平臺底下（見圖3），導(dǎo)致弧高突然產(chǎn)生巨大變化，割槍自動斷弧停機(jī)。為此，采用將引出線去除（圖4為無引出線的程序），甚至預(yù)留0.5～1.5mm不切割的方法。這樣，即使零件傾斜，由于切割程序已結(jié)束，電弧已斷并按程序自動空轉(zhuǎn)至另一切割線處，所以設(shè)備不會自動停機(jī)。這一方法目前已應(yīng)用至多種車型機(jī)車零部件的等離子切割生產(chǎn)中，避免了切割過程中的不正常斷弧停機(jī)現(xiàn)象，極大地提高了切割效率。

圖2 工藝小凸臺

4.共邊連續(xù)切割

數(shù)控等離子切割程序通常是一次點火切割一個零件，這樣加工零件的精度相對較高，但切割路徑長，設(shè)備易損件壽命短，成本較高。在追求效益的今天，共邊連續(xù)切割是一個很好的選擇。共邊切割是兩零件之間不留隔墻，使用一條公共邊，減少切割路徑和切割時間，提高材料利用率；連續(xù)切割就是將鋼板穿透一個孔后，不抬割嘴就可以割幾個甚至幾十個零件，減少了穿孔次數(shù)，對易損件壽命提高有好處。

圖3 板料傾斜或掉落

圖4 某法蘭零件程序

圖5 原程序排版

圖6 原程序切割順序

圖7 新程序排版

如某8軸車砂箱左/右掃石器鋁板，單臺車16件。原切割封閉程序是一次只切割一個零件，由于此零件的原材料鋁板規(guī)格為寬1 000mm，故切割排版及路徑如圖5、圖6所示；而采用“8字形”共邊連續(xù)切割法，排版如圖7所示，圖8顯示了“8字形”法時切割路徑方向（為了示圖清晰，B處圓弧進(jìn)行了夸張?zhí)幚恚Ｊ褂肍astcam軟件中fastPlot模塊的“成本”功能，可得到附表對比數(shù)據(jù)。從表中可以明顯看出，采用共邊連續(xù)切割效果十分明顯，僅僅按120臺車計算：切割路線減少為158.4m，穿孔數(shù)量減少為1 760個，空程路線減少為422.4m。隨著切割路線長度和穿孔次數(shù)的減少，易損件壽命及生產(chǎn)降成都會得到增加。

圖8 A處放大及切割方向

雖然采用“8字形”共邊連續(xù)等離子切割法切割效益明顯提高，但也不可盲目追求共邊連續(xù)，因為等離子切割會產(chǎn)生變形，過度共邊切割效果會因切割方向、打孔點位置受到局限而產(chǎn)生更大的切割變形。一次連續(xù)切割時間也不能太長，需結(jié)合切割易損件的情況合理設(shè)置切割時間或路徑總長，否則連續(xù)切割時間過長，最后切割的零件質(zhì)量會有一定影響。且對于無加工余量的零件，一定要控制好割縫寬度，防止補償不到位。

5.合適的切割起點

一般而言，等離子切割時，穿孔切割次數(shù)越多，對易損件的損耗越厲害；且對于同樣的材料，等離子切割厚度比穿孔厚度要大，甚至有些零件切割前要采用機(jī)械方法預(yù)先穿孔再切割。如美國海寶某型號為HySpeed Ht2000的等離子切割機(jī)，切割碳鋼最大厚度可達(dá)約50mm，打孔厚度就只能達(dá)約38mm。所以通常情況下，使用數(shù)控切割機(jī)時盡量減少使用“穿孔切割”的方式，而是將起割點位置設(shè)置在鋼板邊緣，將噴嘴直接對準(zhǔn)工件的邊緣后再啟動等離子弧，且切入零件的位置處于零件最大外輪廓尺寸上。同時，由于目前國內(nèi)大部分等離子切割機(jī)割縫沿切割前進(jìn)方向右側(cè)質(zhì)量較好，所以切割起點確定后，切割方向就也隨之基本固定了。好的切割方向選擇應(yīng)該保持最后一條割邊與母板大部分脫離，如果過早地與母板大部分脫離，則周邊的邊角框可能不足以承受切割過程中出現(xiàn)的熱變形應(yīng)力，造成切割件在切割過程中移位，出現(xiàn)尺寸超差。

如以圖9與圖10所示的某儲能車接口零件的切割起點為例，相較于方案1的切割起點，方案2的起點在零件最大外輪廓上，最后一條割邊較長；并且由于切割機(jī)操作界面上不能顯示細(xì)節(jié)尺寸，所以采用方案1的起割點校板時需考慮尺寸A，而操作者為了保險起見，往往會多放余量，而方案2則校板更簡單明了。

普通切割法與共邊連續(xù)切割法效果對比

圖9 方案1

圖10 方案2

為了提高零件割面質(zhì)量，在采用邊緣作為切割起點時，增設(shè)適量長度的引線，以提高割縫質(zhì)量。

6.結(jié)語

（1）去引出線避免了等離子切割過程中自動停機(jī)問題，既提高了切割效率，又降低了操作強(qiáng)度。

（2）預(yù)留小凸臺解決了切口凹陷問題，對于機(jī)加無余量的零件有一定好處。

（3）采用共邊連續(xù)切割既可減少切割路線長度，也可以極大減少穿孔次數(shù)。

（4）針對不同形狀零件選擇合適的起點，從而減少穿孔次數(shù)，有利于提高易損件的壽命，且在一定程序上可提高切割厚板能力。

影響等離子切割質(zhì)量和效率的因素是多方面的，且相互作用。同樣，各種改善優(yōu)化方法也要綜合利用，才能取得更好的效果。以上改進(jìn)方法都在生產(chǎn)中得已應(yīng)用實踐，并取得了很好的效益，有些方法同樣適用于火焰切割，希望這些方法能對切割下料從業(yè)者有一定參考價值。