淺談降低等離子數控切割設備維修費用及生產成本的方法

摘要：闡述了等離子切割原理及等離子數控設備的組成，根據實訓工廠多年來等離子數控切割設備的實際使用狀況，介紹了降低等離子數控切割設備維修費用及生產成本的方法，以供有關單位及人員參考。

關鍵詞：等離子切割原理;維修費用;生產成本

0 引言

眾所周知，在薄板鋼材切割方面，等離子切割因切割速度快、熔渣少，其工作效率及切割質量明顯優于火焰切割。隨著等離子數控切割設備技術的飛速發展，等離子數控切割設備切割的鋼板厚度已經達到150 mm，不僅能切割常用的低碳鋼板，還能切割耐腐蝕的合金鋼板以及鋁、銅、鎳、鈦等各種金屬材料，因而等離子數控切割設備得到了廣泛應用。

自2012年3月份以來，筆者在實訓工廠先后安裝了兩臺常州華強等離子數控切割設備。通過多年的使用，等離子數控切割設備的工作效率及產品質量明顯更高，尤其在BTW材質的切割過程中，完全取代了火焰切割。但是，根據數據統計，在完成同等工時情況下，等離子數控切割設備的維修費用及生產成本是火焰數控切割設備的10多倍，因此，亟需了解并掌握降低等離子數控切割設備維修費用及生產成本的方法。

1 等離子切割原理及等離子數控切割設備

1.1 ? ?等離子切割原理

離子體是物質存在的第四種狀態。例如，冰隨著溫度的升高由固體轉為液態變成水，再加熱轉為氣態變成水蒸氣，繼續加熱到一定溫度，則變成等離子態，即我們所說的等離子體。等離子體中帶負電荷的電子與帶正電荷的離子處于平衡狀態，它可以通過很大的電流，因而具有很高的能量密度和極高的溫度。控制等離子弧的能量密度、溫度和運行速度等，可以對金屬進行切割、焊接和噴涂。等離子弧切割是利用等離子弧將被切割的金屬加熱至熔化狀態，然后利用輔助氣體將熔化的金屬吹開，達到切割的目的。

1.2 ? ?等離子數控切割設備

1.2.1 ? ?等離子數控切割設備的定義

數控切割代表了現代高科技的生產方式，是將先進的優化套料計算技術與計算機數控技術和切割機械相結合的產物。等離子數控切割設備就是結合先進實用可靠的數控系統，利用高溫在噴嘴處噴射出來的高速氣流離子化，從而形成導電體。當電流通過時，該導電氣體即形成高溫等離子電弧，電弧的熱量使工件切口處的金屬局部熔化，并借助高速等離子氣流的動力排除熔融的金屬（即熔渣）以形成切口。

1.2.2 ? ?等離子數控切割設備的組成

等離子數控切割設備由CNC控制系統、切割床、機械傳動部分、機架、自動氣體操作臺及降塵水循環裝置、空氣壓縮機、氣體干燥機等附屬設備構成。其中，自動氣體操作臺由等離子電源、冷卻器、高頻箱、選擇操作臺、流量控制箱、割炬六部分組成。以常州華強等離子數控切割機為例，其基本構成如圖1所示。

2 等離子數控切割設備使用現狀及割炬易損件消耗情況

2.1 ? ?等離子數控切割設備使用現狀

通過常州華強等離子數控切割設備在實訓工廠多年的使用發現，其故障率高，設備部件易損壞，導致設備維修費用增加。

2.1.1 ? ?機械傳動部分

設備縱向傳動（大車行走）及橫向傳動（割炬行走）齒輪磨損嚴重，致使機床運行不穩，切割零件質量下降，現兩臺設備的齒輪已全部更換。設備橫向傳動（割炬行走）滑塊易磨損，兩臺設備已更換16塊滑塊。

2.1.2 ? ?電氣控制部分

因供電不穩導致等離子電源熔斷器多次燒壞，也曾發生過等離子電源斬波器損壞的現象。流量控制箱是設備故障的高發點，兩臺設備已更換十幾個氣體壓力傳感器及6塊流量箱控制板及電源板。

2.1.3 ? ?冷卻系統

冷卻系統也是設備故障的高發部分，冷卻箱內冷卻水泵及冷卻劑濾芯的損壞率很高，兩臺設備已更換多臺水泵及十多個冷卻劑濾芯。

2.1.4 ? ?附屬設備

附屬設備中的空氣壓縮機與其他設備相比故障率較高，其中帶齒空壓機皮帶易斷裂，空氣過濾器芯易堵塞，現已更換多次。

2.2 ? ?割炬易損件消耗情況

實訓工廠這兩臺等離子數控切割機主要用于切割厚度5～25 mm低碳鋼鋼板。使用的等離子電源能提供7種工作電流，分別為：30 A、50 A、80 A、130 A、200 A、260 A、400 A，因電流不同，使用的割炬易損件如電極、噴嘴、保護帽、渦流環、保護罩、噴嘴固定帽也不相同。實訓工廠主要使用130 A、260 A兩種電流，在BTW材料30～45 mm厚板切割中嘗試使用了400 A電流，切割效果良好，但易損件的消耗也非常大。根據數據統計，在完成同等工時情況下，割炬易損件消耗費用是火焰數控切割設備的10多倍。

3 降低等離子數控切割設備維修費用及生產成本的方法

3.1 ? ?降低等離子數控切割設備維修費用的方法

根據上述等離子數控切割設備使用現狀的分析，導致設備維修費用增加的原因及降低設備維修費用的方法如下：

（1）設備維護保養不到位是維修費用增加的主要原因。因此，每年對設備的所有部件至少要做兩次徹底的維護保養，維護保養必須有設備維修、操作及技術人員參加，嚴格按照等離子數控設備的維護保養規程進行。

（2）機械傳動部分的齒輪與齒條、滑塊與導向桿的間隙一定要調整到最佳狀態，操作工周末要清洗齒輪、齒條、滑塊和導向桿。

（3）保證供電電網的質量及良好的接地。流量控制箱安裝在割炬托架上，在工件切割過程中與割炬一起移動，切割濺起的水蒸氣從流量控制箱的排氣孔進入，導致電路板損壞。因流量控制箱與割炬控制站之間的電纜及氣管長度不能超過1.8 m，否則無法引弧，流量控制箱不能放在其他位置。針對此種情況，電工每月用電吹風對流量控制箱內部的電路板進行清潔保養，大大減少了電路板的損壞。

（4）對于故障高發的冷卻系統及空壓機，雖然工作載體不同（液體和氣體），但有一個共同的特點就是因載體中的臟污堵塞，導致設備部件損壞。針對這種情況，一年兩次的維護保養已遠遠不夠，這就要求設備維修及操作人員每季度必須維護保養設備一次。

3.2 ? ?降低等離子數控切割設備生產成本的方法

根據割炬易損件實際消耗情況，技術人員對等離子數控切割下料進行了長達半年的實驗跟蹤、數據統計，對比分析出了導致割炬易損件消耗量大的諸多因素。

（1）實訓工廠零部件品種繁多，一張鋼板有時需編程套排十幾種零件，穿孔次數多導致割炬易損件消耗量大。曾用最常用的260 A電流易損件，如電極、噴嘴、保護帽，切割材料為Q235、厚度20 mm的鋼板進行實驗。發現當穿孔次數達到260次以上時，就需要更換電極和噴嘴，否則切割質量滿足不了工藝要求，而且將對割炬主體造成損害。因此編程人員采用編程技巧、套排方法控制穿孔次數（尤其是內部穿孔次數），少切割或不切割需要穿孔多的零件，是延長易損件使用壽命、降低生產成本的根本方法。（2）切割鋼板墊架的平整度也是影響割炬易損件使用壽命的主要原因。要求每季度清理一次切割鋼板墊架，每使用兩年徹底更換切割鋼板墊架。（3）操作工操作設備的技術水平、設備精度、鋼板材質厚度、表面銹蝕程度、平整度、工藝方法是影響割炬易損件使用壽命的次要原因。針對這些因素，在設備維護保養良好、保證設備精度、穩定可靠運轉的前提下，提高操作工操作設備的技術水平，正確使用、保存好割炬易損件，是延長其使用壽命的基礎。因等離子電源的最大電流為400 A，根據BTW材料切割的實際情況，切割厚度控制在45 mm以下，割炬及易損件不易損壞。

4 實施效果

2014年10月份，實訓工廠按照上述方法實施了降低等離子數控切割設備維修費用及生產成本的措施，現以2014年及2015年1月—3月設備備件更換數量及易損件消耗費用進行比較，其具體數據如表1、表2所示。

根據表1、表2的數據可知，降低設備備件維修費用及生產成本的效果還是比較明顯的，由此證明上述方法是可行的。

5 結語

本文所闡述的降低等離子數控切割設備維修費用及生產成本的方法，是筆者近年來從事等離子數控設備維修及割炬易損件計劃購置、控制使用等工作中總結出來的，存在一定局限性，僅供參考。

[參考文獻]

[1] 梁桂芳.切割技術手冊[M].北京：機械工業出版社，1997.

[2] 美國海寶公司.自動氣體操作臺HPR400XD使用手冊[Z].

[3] 常州華強焊割公司.EDGE操作說明書[Z].

收稿日期：2020-02-05

作者簡介：宋曉杰（1980—），男，寧夏人，實訓教師，研究方向：電工實訓。