關于提高板材數控火焰切割質量的探討

李瓊英

（西山煤電集團有限責任公司機電廠，山西 太原 030053）

引言

數控火焰切割機作為機械行業一種鋼板切割加工的機械設備，其工作原理是：利用鐵在氧中的燃燒反應及反應熱進行切割的方法。可燃氣體與氧氣混合燃燒所放出的熱量將鋼板被切割處預熱到燃燒溫度后，噴出高速氧流，使切口處金屬劇烈燃燒，并將燃燒后的氧化物吹除，實現工件分離的方法，割炬按照設定的程序路線勻速運行，切割出形狀各異的工件。這里需要強調的是金屬的氣割過程實質是鐵在純氧中的燃燒過程，而不是熔化過程。由于其具有切割范圍廣、投入成本低、自動化程度高、生產效率高等優點，成為各種鋼板切割加工的首選設備。但是，我們在實際操作數控火焰切割機進行切割加工時,經常會出現鋼板零件的切割面質量缺陷、扭曲與彎曲嚴重、長度尺寸超差等質量問題，從而直接影響到后續的打磨、點裝、焊接等一系列工序，甚至產品的整機質量都很難保證。因此，應結合實際切割加工中遇到的問題，找到提高鋼板切割質量的方法。

1 數控火焰切割在加工過程出現的質量問題及原因分析

1.1 切割面缺陷及原因分析

煤礦液壓支架是西山煤電集團機電廠支架制造車間生產的大型制造類產品。在煤礦液壓支護產品制造過程中，箱型結構件是車間的生產重點，其主要是由板材、型材拼接而成，且板材使用量達80%以上。數控切割下料作為頭道工序，是所有結構件加工的基礎，是機加、點裝、焊接、組裝等后續工序的關鍵之處，板材零件質量的好壞起到至關重要的作用。

1.1.1 切割面邊緣水滴狀豆串

缺陷出現的原因是切割過程割嘴與鋼板高度過高；割嘴輕微堵塞；鋼板表面有銹蝕或雜物。

1.1.2 零件邊緣燒塌

缺陷出現的原因是割嘴與鋼板高度過低；火焰預熱能率調節過大；切割速度過慢。

1.1.3 切割面凹心

缺陷出現的原因是選用割嘴型號大；割嘴堵塞；切割速度過快；切割氧壓力過大。

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1.1.4 切割面鋸齒

缺陷出現的原因是設備故障抖動；切割速度過快；切割氧壓力調節過大；割嘴輕微堵塞；氧氣純度不足。

1.1.5 垂直度超差

缺陷出現的原因是料架不平整；割炬與鋼板不垂直；切割速度過快；割嘴風線不正或堵塞。

1.1.6 穿孔點處局部凹坑缺肉

缺陷出現的原因是引入引出線設置位置不合理；引入引出方式不合理；收尾氧化渣未清理未減速。

1.1.7 穿孔點處局部凸臺

缺陷出現的原因是引入引出線設置位置不合理；引入引出方式不合理；零件切割熱變形。

1.1.8 零件背面沾有大量的氧化渣

缺陷出現的原因是切割速度快；使用割嘴型號與鋼板厚度不匹配；切割氧壓力調節過大。

1.2 零件的形狀扭曲與彎曲的質量問題的原因分析

造成切割后的鋼板零件扭曲與彎曲原因是切割的熱變形；鋼板本身的變形；編程程序的不合理。

1.3 長度尺寸超差的原因分析

切割后的鋼板零件長度尺寸經常會遇到達不到圖紙尺寸或者工藝尺寸的要求，其造成的原因主要是切割的熱變形；編程程序的不合理；缺少切割工藝。

2 鋼板零件切割面質量的控制方法

由上述原因不難看出，鋼板零件的切割缺陷主要受制于割嘴、切割編程的程序、切割工藝，而人員與操作是可控的。造成后兩個鋼板零件發生變形與長度尺寸超差的質量問題的原因主要是切割的熱變形、鋼板本身的變形、切割編程的程序和切割工藝這四個因素，而切割的熱變形是可以通過合理的編程程序來進行控制的。如果氧氣純度保持正常，設備運行正常，最終影響鋼板零件質量的因素主要表現在四方面：割嘴、切割編程的程序、切割工藝、鋼板本身質量[1]。

2.1 針對板材厚度不同增加相應割嘴配備

按照板材型號選擇割嘴，可以加強數割切割精度，有效地控制切割鋼板的質量缺陷，尺寸保證在板材工藝尺寸公差范圍內，符合圖紙、工藝、下道工序使用要求，如表1 所示。

表1 數控火焰割嘴選用規范及切割工藝參數

2.2 規范切割編程的程序

重新編制數控切割編程明細表，按照每件工序的使用方法確定合適的起槍位置，并調整機床、板料下料補償量，將下料尺寸控制在±1 mm 以內；編制數控切割流程，切割前對原材料板材進行校準，找準0 點，定位、試運行合適后，才能進行切割。

2.2.1 板材間距、切割速度（如表2 所示）

表2 數控切割加工編程參數規范明細表

2.2.2 板材補償

長度1.4 m 以上，長寬比1∶6 以上，編程過程中需填加斷點，并對板材進行單件補償。如表3 所示。

表3 方形板材補償明細表

2.3 編制適合于現場的鋼板零件切割加工工藝

我們根據在實際生產當中，通過上萬次的切割加工得出的數據，從而編制出適合于現場的鋼板零件切割加工工藝，有效地解決了因切割工藝的不合理而造成的質量問題。切割表面偏斜度如表4 所示。

表4 不同材料厚度下切割表面偏斜度μ mm

非加工切割表面粗糙度Ra的上限值為50μm。切割面長度偏差如下頁表5 所示。

表5 切割面長度偏差（±） mm

2.4 鋼板本身質量

切割前對鋼板必須清除表面污物、氧化皮、銹跡、水漬，對鋼板表面進行拋丸除繡；鋼板在下料前應檢查確認鋼板的牌號、厚度；最重要的是保證鋼板的表面平直度。通過保證鋼板的本身質量，有效地控制了切割零件的質量問題。

針對板材變形程度不同，分別制定解決方法：對于存在彎度15°以下的板料，使用500 t 壓力機進行校平，平面度達到使用要求后再編程切割。對于存在彎度15°以上的板料，使用數控切割機將彎曲部分周邊加長100 mm 切開后，使用校平機單獨對彎曲部分進行校平，平面度達到使用要求后再編程切割。鋼板的不平度如圖2、圖3 所示。

圖2 鋼板的不平度

圖3 鋼板的不平度

4 結語

提高數控火焰切割鋼板的質量，必須從選用合適型號的割嘴；編制合理預防熱變形的切割程序；切割過程中執行切割工藝參數；切割前對鋼板進行噴砂除銹、矯平等，保證鋼板本身質量；從這四方面抓起，才能全方位控制切割鋼板零件的質量，保證整機的制造精度。