山推推土機板材件切割工藝概述

李賀德，李勇，丁志遠，徐宗磊

推土機包括主機架、駕駛室、臺車、工作裝置、底板翼板、底盤等部件，使用原材料可分為板材件、型材件、鑄件、鍛件等。其中板材件質量占推土機總質量的一半以上，板材厚度從1.5～130mm不等，材質近30種。目前，推土機板材件切割生產工藝主要包括激光切割、等離子弧切割及火焰切割等。

一、激光切割

1. 激光切割原理

激光切割是利用經聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高速氣流吹出熔融物質，從而實現將工件割開，裝備如圖1所示。

2. 激光切割特點及主要適用范圍

激光切割的優點是切割質量好，較火焰切割速度較快；缺點是激光切割由于受激光器功率和設備體積限制，只能切割中小厚度板材，且隨著工件厚度增加，切割速度明顯下降。推土機駕駛室上面板材件板厚多在1.5～5mm，采用激光切割下料；另外，對于一些孔距要求較嚴的工件，為減少工序節約成本，多采用激光切割，用于激光切割的板材件板厚不超過16mm（見圖2~圖4）。

二、等離子弧切割

1. 等離子弧切割原理

等離子弧切割就是利用最佳噴嘴圓孔壓擠高溫、電離氣體形成等離子電弧，靠電弧熱量使工件切口處金屬局部熔化和蒸發，并借等離子高壓氣流吹掉被熔化金屬而形成切口的一種加工方法。切割用等離子電弧溫度一般在10000～14000℃。

圖1 激光切割機

圖2 駕駛室部分工件激光排料示意

圖3 等離子弧切割機

圖4 某切板件

2. 等離子弧切割的特點及主要適用范圍

等離子弧切割優點是具有多功能、高效、高速、高精度、低勞動強度及高度自動化，切割厚度不大的普通碳素鋼薄板時，切割速度為火焰切割的5～6倍，切割面光潔、熱變形小。但等離子弧流從噴嘴射出后，氣能量密度、流速及溫度迅速下降，這就造成切割時在板厚方向溫度分布不均，易造成切口上方熔化下方掛渣、上寬下窄的缺陷，隨著切割厚度增加這種現象越嚴重，且切割速度和切割質量亦急劇下降。一般等離子弧切割法適用于薄板切割，比較適合16mm以下對直線度有要求的較長工件的切割。

3. 等離子弧切割質量分析

切割工件質量常會受到一些因素影響，從而產生尺寸誤差或外觀缺陷。以下是常出現的一些質量問題及影響因素，可據此做適當調整，以滿足尺寸的精度要求。

（1）割縫太寬（零件偏小） 出現這種現象可能是噴嘴損壞、割炬高度（弧柱電壓）太高、電流過大、氣體流量不足或速度太慢等原因所至。其中任何一種因素都會使弧柱拉長、割縫拉寬。此外，割縫補償不當（太小）也會導致這種現象。

（2） 割縫太窄（零件偏大） 這種現象可能是割炬太低、電流過小、氣體流量太大或速度太快等所導致。因為這些因素使弧柱收縮從而導致割縫太窄。此外，割縫補償不當（太大）也會導致工件偏大。

（3）傾斜角就是指割縫邊角度 傾斜角為0?切割稱為垂直切割，即割炬與工件表面垂直。大多數等離子弧割炬使用的是順時針旋轉的等離子氣體流，這樣沿著割炬運行方向的右側得到的是垂直切割邊。對于普通等離子割炬而言，切割傾斜角通常是好的那邊為1?～3?，差的那邊為3?～8?。高精度等離子弧切割系統得到傾斜角會小一些。盡管一些傾斜是因為等離子過程中噴射氣體噴出時的形狀而固有，但它能夠被減少。

（4）正偏角（上窄下寬） 產生這種現象可能是因為噴嘴損壞、割炬高度（弧電壓）太高、電流太小或速度太快等，這些因素都會造成等離子弧滯后從而導致割縫頂部能量大于底部。此外，切割方向不當也可能導致正偏角。一個帶有嚴重正偏角的工件，在其底邊緣可能有堅硬的粒狀掛渣。

（5）負偏角（上寬下窄） 產生這種現象可能是因為割炬高度（弧電壓）太低，電流太大或速度太慢等，這些因素能使弧柱在底部熔掉更多金屬。通常，工件上自始至終的負偏角會產生低速掛渣。

（6）不規則偏角（同一工件上既有正偏角又有負偏角） 這種情況通常說明噴嘴已壞，割炬不垂直或電極和噴嘴沒有對齊。這些因素都會導致弧柱偏離垂直方向。通常是工件一側為正偏角，相反一側為負偏角。因此工件橫截面看起來是個平行四邊形而不是個矩形。有些切面可能不是平坦的，而是兩面凹凸。這些都表明噴嘴嚴重損壞或電極和噴嘴嚴重錯位。

三、火焰切割

火焰切割是最原始最常用的，同時又是在鋼板制造和鋼板加工工業中應用最靈活的熱切割方法。在鋼板下料生產中，火焰切割主要應用于垂直和坡口切割工作。火焰切割法適應范圍寬，切割質量穩定，最適合切割低碳鋼，尤其是厚度在20mm以上的鋼板切割。

1. 火焰切割原理

鋼板火焰切割過程是從鋼的加熱開始。首先，由割嘴預熱火焰將被切割件起割點加熱到鋼的燃點，打開切割氧流，使該點鐵在氧氣中燃燒，燃燒產生熱量通過熔渣逐漸向鋼下層傳遞，鐵燃燒在整個厚度上進行，切割過程中所產生的氧化物和熔渣被切割氧流從切口處排掉，隨著割炬有規則的移動，割嘴經過之處就形成一條割縫，從起點到終點也就實現了工件切割分離的全過程（見圖5）。

圖5 火焰切割機

2. 切割精度及影響鋼板火焰切割質量的因素

切割精度是指被切割完的工件幾何尺寸與其圖樣尺寸對比的誤差關系，切割質量是指工件切割斷面的表面粗糙度、切口上邊緣的熔化塌邊程度、切口下邊緣是否有掛渣和割縫寬度的均勻性等。影響鋼板火焰切割質量因素有4個：氣體、切割速度、割嘴高度、機床運行穩定性。

四、結語

推土機板材件切割下料過程中如何提高板材利用率，進行規模化、專業化的生產，實現推土機切板件生產工藝的最優化，仍然需要我們不斷探索。