提高切割材料利用率的驗證分析及措施

胡興偉， 趙文昌， 董長福， 武升杰， 孫明軍

（淄礦集團 山東博選礦物資源技術開發有限公司,山東 濟寧272173）

0 引 言

切割材料利用率和切割耗材壽命的高低是影響企業經濟效益的主要因素之一，結合我公司切割下料的特點和目前的生產狀況，通過調查分析找出問題原因，通過優化計算、排版實驗驗證提供切合實際的解決措施，以便提高切割篩網與鋼材的利用率，降低切割成本，從而為企業獲得更多的經濟效益。

1 設備產品現狀

如圖1所示，篩板篩籃弧形篩[1-5]是我司生產的主要礦用產品，是煤礦篩分機中的核心部件之一，礦篩網篩籃廣泛應用于多行業中的篩分、過濾、脫水、脫泥等作業。它具有很高的強度、剛度和承載能力，可以做成各種形狀的剛性的篩分過濾裝置。產品的加工制作需要不同規格、材質的不銹鋼絲與鋼板原材，首先把圓形絲通過軋絲機、調直切斷機加工成網絲斷面為梯形的楔形絲，篩縫上窄下寬；其次由不銹鋼絲冷軋而成的脫磁篩條、背條通過自動化焊網機焊接而成，篩縫均勻，開孔率高；然后把焊接好的篩網筒及鋼板根據產品需求通過切割機切割成不同規格的篩網片及鐵板；最后通過焊接、澆鑄等工藝制成成品。

圖1 篩籃、篩板、弧形篩產品圖

我公司焊網采用的是自動化電阻焊網機，原材料切割所采用的加工設備為鐳澤激光切割機（如圖2），自動化焊網機采用了電阻壓力焊的原理。過絲滾筒采用碳刷連接接通焊接變壓器的一個極；壓絲電極滾輪與過絲滾筒絕緣，接通焊接變壓器的另外一個極。篩網筒的徑絲穿入過絲滾筒工裝，由滾珠絲杠帶動拉絲盤同時往外拉，壓絲電極滾輪壓在篩網筒的緯絲上在徑絲上纏繞，通過電流電阻熱使徑絲和緯絲接觸部位熔化焊接。激光切割機是利用聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達到燃點，同時借助與光束同軸的高束氣流吹除熔融物質，從而實現將工件割開。激光切割屬于熱切割方法之一。

圖2 激光切割機、自動化焊網機設備圖

同種材質與規格（包括料厚、篩縫等參數）的篩網及鋼板在切割時，受限于產品的種類繁多、形狀及尺寸差異很大的原因，且切割工藝不完善，隨用隨割，沒有計劃性地通過CAD或切割軟件系統進行正規編程、排版，導致不能充分利用下料余量，從而導致材料浪費嚴重[6]。

2 原因分析

通過跟蹤切割現場及實驗驗證調查分析，影響下料利用率的主要原因如下：1）隨用隨切，沒有進行科學的優化計算及排版；2）原材版面選擇不合理；3）邊角余料未充分利用；4）操作人員節約意識淡薄，操作方法及技能不高。

3 實驗驗證

3.1 合理選用板材規格及CAD排版實驗驗證

以制作新河煤礦1670 mm×2270 mm-1.0 mm的弧形篩為例，所需篩網片尺寸為1670 mm×2120 mm，弧形篩示意圖如圖3所示。我廠數控篩網焊接機滾筒前端固定了4個不同直徑的焊接胎具，分別為D600、D800、D1000、D1200，這就意味著焊出的篩網寬度是固定的，分別為1850、2500、3100、3700 mm，篩片長度根據需求可以在4000 mm以內調整。下面以上述4種寬度規格通過焊網機進行篩網筒試制，經過等離子切割機切割、校平機校平后，4種篩網片的參數規格分別為1850 mm×2140 mm、2500 mm×2140 mm、3100 mm×2140 mm、3700 mm×2140 mm ，若是在每張篩網片上僅單一地切割加工所需的弧形篩，最后計算分析出的材料利用率如表1所示，此時材料利用率最高的為1850 mm×2140 mm規格的篩網片,為89.4%。如果合理統籌最優化排版，我們可以在同一個篩網片同時切割弧形篩及篩板所需的篩網片，經過計算、優化排版、分析得出，加工610 mm×305 mm-1.0 mm（所需篩網片尺寸為535 mm×275 mm，允許加工公差為±5 mm）的聚氨酯篩板最適宜，材料利用最優化排版如圖4所示，這種方案的材料利用率 達 到99.2%。

表1 弧形篩材料利用率統計表

圖3 新河弧形篩1670×2270-1.0

圖4 材料利用最優化排版圖

3.2 軟件編程排版實驗驗證

以加工篩板上常用的 580 mm（長）×45 mm（高）×6 mm（厚） 與280 mm（長）×45 mm（高）×6 mm（厚）的立板為實例，在2000 mm ×1500 mm ×6 mm的板材上切割，現在生產狀態是根據產品需求數量即時計量加工，據計算統計鈑金材料整體利用率約在80%～85%之間。而利用CypCut （或ProNest、FAST CNCCUT）軟件系統提前通過編程及排版后，提供多種排版結果及利用率數值，材料利用率最高的可以達到97.5%。排版還可以根據產品需求人工適當調整，如圖5所示。

圖5 CypCut軟件編程排版圖

通過以上計算驗證及分析可以得出以下結論：1）使用的板材規格計算分 析 、CAD 編程排版對提高切割材料利用率起決定影響；2）通過最優化計算與排版后，材料利用率可以提高12%～25%。

通過CAD或切割系統軟件進行嚴格計算、合理編程、優化切割工藝后，公司年滿產使用篩網30 000 m2，篩網按平均20 元/kg，使用鋼材100 t，鋼材按均價5000元/t，在不統計切割耗材（切割氣體、噴嘴、等離子電極、用電量、人工等）同步降低的情況下，按提高12%的材料利用率來計算，每年將給公司持續性材料成本至少降低150 萬元以上。

4 解決利用率低的措施

通過上述原材規格最優選擇驗證、軟件編程與排版的切割驗證分析發現：在切割前做好同規格板材的編程與排版是解決材料利用率低的決定因素。因此做好同規格切割零件需求的周計劃、月計劃甚至季度計劃尤為重要。主要通過以下措施提高材料利用率。

4.1 計劃性做好CAD或切割軟件編程、排版

1）通過切割軟件優化排版，規范板材的排版程序，根據材料規格參數，合理設置最優化零件間距；2）根據生產產品類型及計劃對所需原材進行預排版，合理采購優化后規格的原材。

4.2 提高切割效率

目前我廠對數控切割方面的認識不足，滿足于“可以切”的基本要求，忽視了切割效率、切割質量和材料利用率的影響因素。在計算機輔助系統的普遍應用下，需要向切得快、切得好、切得省的標準靠攏，具體如下：1）通過CAD實現整板套料和余料板套料，為激光切割機提供切割程序，以實現切割機全時用來切割；2）使用高套料切割與共邊切割技術；3）使用零件橋接或連割技術；4）避免或減少二次切割。

4.3 提高切割質量

1）提高員工切割技能，調動工作積極性和主觀能動性，只有提高員工的自身素質，才是解決問題的關鍵；2）實施首件檢驗和過程實時檢驗，貫徹“下道工序是上道工序的質檢員”方針；3）對切割設備進行定期除塵、加油、保養和檢修。

4.4 建立半成品和余邊角料管理體系

1）統計和清理現有的余邊料，做好標記及記錄，根據板厚和規格尺寸分別放置在廢料庫以備二次充分利用；2）少量小零件或配件的切割加工，優先利用留下的邊角鋼板下料；3）提高盤存清理質量，清理出來的零件必需貼上明顯辨別標記；4）采用優化后的套料技術，在原切割產品的基礎上，適當增加小零件排列，增加小面積零件業務，變廢為寶。

4.5 提高員工節約意識

加強資源節約教育，建立節約資源獎勵機制，鼓勵節約，制定資源節約計劃或規劃。