耐磨鋼板的切割加工技術(shù)--數(shù)控等離子切割

1、耐磨鋼板的切割加工技術(shù)-數(shù)控等離子切割文章來源：法鋼耐磨鋼板雖然集優(yōu)異的耐磨性能和良好的加工性能于一身，但耐磨鋼板自身固有的高硬度、 高強(qiáng)度和高韌性等特性決定了在對其的加工中仍需運(yùn)用一些專門的技巧和訣竅，以保證加工的質(zhì)量和效率。下面?zhèn)兙蛠斫榻B一下數(shù)控等離子切割1等離子切割等離子弧切割是利用高溫等離子電弧的熱量使工件切口處的金屬部局熔化（和蒸發(fā)），并借高速等離子的動量排除熔融金屬以形成切口的一種加工方法。2數(shù)控等離子切割技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬熱切割一般有氣割、等離子切割、激光切割等。其中等離子切割與氣割相比，其切割范圍更廣、效率更高。而精細(xì)等離子切割技術(shù)在材料的切割表面質(zhì)量方面已接 近了激光切割

2、的質(zhì)量，但成本卻遠(yuǎn)低于激光切割。節(jié)約材料、提高勞動生產(chǎn)率等方面顯示出 巨大優(yōu)勢。這促使等離子切割技術(shù)從手工或半自動逐步向數(shù)控方向發(fā)展，并成為數(shù)控切割技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。數(shù)控等離子切割技術(shù)是集數(shù)控技術(shù)、等離子切割技術(shù)、逆變電源技術(shù)等于一體的高新技術(shù)，它的發(fā)展建立在計算機(jī)控制、等離子弧特性研究、電力電子等學(xué)科 共同進(jìn)步基礎(chǔ)之上。我國的數(shù)控切割技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代，而數(shù)控等離子切割技術(shù)起步更晚。但近年來，國內(nèi)一些高校、科研單位、制造廠商對數(shù)控等離子切割技術(shù)進(jìn)行了研究，并逐步開發(fā)生產(chǎn)了各種規(guī)格的數(shù)控等離子切割設(shè)備，縮小了與國外先進(jìn)技術(shù)的差距3等離子切割種類介紹普通等離子弧切割根據(jù)所使用的主要

3、工作氣體，主要分為氬等離子弧切割、氧等離子弧切割。氧等離子弧切割 和空氣等離子弧切割等幾類。切割電流一般在100 A以下，切割厚度小于 30 mm 。再約束等離子弧切割根據(jù)等離子弧的再約束方式，主要分為水再壓縮等離子弧切割、磁場再約束等離子弧切割等。 由于等離子弧受到再次壓縮，其電流密度、切割弧的能量進(jìn)一步集中，從而提高了切割速度 和加工質(zhì)量。精細(xì)等離子弧切割等離子弧電流密度很高，通常是普通等離子弧電流密度的數(shù)倍，由于引進(jìn)了諸如旋轉(zhuǎn)磁場等技術(shù)，其電弧的穩(wěn)定性也得以提高，因此，其切割精度相當(dāng)高。國外的精細(xì)等離子切割表面質(zhì)量已達(dá)激光切割的下限，而其成本只有激光切割的三分之一。4空氣等離子切割機(jī)的工

4、作原理由電控系統(tǒng)和噴嘴組成， 電控系統(tǒng)產(chǎn)生電弧在由壓縮空氣壓縮后在噴嘴噴出，有點(diǎn)像二氧焊的性質(zhì)，壓縮后的電弧有上萬度的高溫。從而進(jìn)行切割，可以切割銅，不銹鋼，鋁等有色金 屬，并且切口窄。壓縮后的電弧溫度是很高的，用壓縮空氣把電弧在一個小孔里吹出來，電 弧就是電離的空氣。等離子：隨著溫度的升高，一般物質(zhì)依次表現(xiàn)為固體、液體和氣體。它們統(tǒng)稱物質(zhì)的三態(tài)。 當(dāng)氣體溫度進(jìn)一步升高時，其中許多，甚至全部分子或原子將由于激烈的相互碰撞而離解為 電子和正離子。這時物質(zhì)將進(jìn)入一種新的狀態(tài)，即主要有電子和正離子（或是帶正電的核） 組成的狀態(tài)。這種狀態(tài)的物質(zhì)叫等離子體，它可以稱為物質(zhì)的第四態(tài)。5國內(nèi)數(shù)控等離子切割的

5、現(xiàn)狀我國工廠的板材下料中應(yīng)用最為普遍的是火焰切割和等離子切割，所用的設(shè)備包括手工下料、仿形機(jī)下料、半自動切割機(jī)下料及數(shù)控切割機(jī)下料等。與其他切割方式比較而言，手工下料隨意性大、靈活方便，并且不需要專用配套下料設(shè)備。但手工切割下料的缺點(diǎn)也是顯而易見的，其割縫質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費(fèi)大、后道加工工序的工作量大，同時勞動條件惡 劣。用仿形機(jī)下料，雖可大大提高下料工件的質(zhì)量，但必須預(yù)先加工與工件相適應(yīng)的靠模， 不適于單件、小批量和大工件下料。半自動切割機(jī)雖然降低了工人勞動強(qiáng)度，但其功能簡單，只適合一種形狀的切割。上述 3種切割方式，相對于數(shù)控切割來說由于設(shè)備成本較低、操 作簡單，所以在我國的中小企

6、業(yè)甚至在一些大型企業(yè)中仍在廣泛使用。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢的蓬勃發(fā)展以及以焊代鑄趨勢的加速，數(shù)控切割的優(yōu)勢正在逐漸為人們所認(rèn)識。數(shù)控切割不僅使板材利用率大幅度提高，產(chǎn)品質(zhì)量得到改進(jìn)，而且改善了工人的勞動環(huán)境，勞動效率進(jìn)一步提高。 目前，我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控切割機(jī)是以火焰和普通 等離子切割機(jī)為主， 但純火焰切割，已不能適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，而目前市場需求的數(shù)控切割機(jī)多為數(shù)控等離子切割機(jī)，該類切割機(jī)可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料以及 金屬零件的加工的需要，因此需求量將會越來越大， 但與國外的差距仍極為明顯，主要表現(xiàn)為：發(fā)達(dá)國家金屬加工行業(yè) 90%為數(shù)控切割機(jī)下料，僅 10%為手工下料；而我

7、國數(shù)控切 割機(jī)下料僅占下料總量的 10%，其中數(shù)控等離子切割下料所占比例更小。究其原因，較高 的設(shè)備成本、復(fù)雜和維護(hù)和操作制約了數(shù)控切割在我國的進(jìn)一步普及。因此國內(nèi)數(shù)控切割機(jī)生產(chǎn)廠家引進(jìn)了國外控制系統(tǒng)技術(shù)，經(jīng)過二次開發(fā)后運(yùn)用到了切割領(lǐng)域中，設(shè)計出了適合我國國情的數(shù)控切割機(jī)。某些廠家開發(fā)生產(chǎn)的專用數(shù)控切割設(shè)備，在技術(shù)上已經(jīng)達(dá)到或超過了國外同類產(chǎn)品。我國數(shù)控切割機(jī)每年市場需求量約在400500 臺之間，產(chǎn)品主要以數(shù)控等離子切割機(jī)為主。相較而言，仿形切割機(jī)每年銷售幾千臺，半自動切割機(jī)每年銷售達(dá)上萬臺。由此可見， 我國數(shù)控切割市場，尤其是數(shù)控等離子切割市場的發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹?等離子切割電源原先在我國

8、應(yīng)用較多的高漏抗變壓器加二次側(cè)整流式的切割機(jī)電源已逐漸被逆變式等離子 切割電源所代替，其原理如圖1所示。國產(chǎn)等離子電源大多用于手工切割和配在小車切割機(jī)上，近年來由于性能有所改進(jìn)，逆變式等離子切割電源采用先進(jìn)的IGBT逆變技術(shù)。 具有體積小、重量輕、噪音低、功耗小以及攜帶方便等優(yōu)點(diǎn)。操作簡單、切割速度快、切口窄而光潔、工件變形小。使用安全，可靠性高。設(shè)有過壓、欠壓、過流、過熱等自動保護(hù)功能。在逐漸取代傳統(tǒng)氧乙炔切割。7數(shù)控技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動了數(shù)控技術(shù)的更新?lián)Q代，而這也日益完善了數(shù)控等離子切割的高精、高速、高效功能。代表世界先進(jìn)水平的歐洲、美國、日本的數(shù)控系統(tǒng)。生產(chǎn)商利用工控

9、機(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)具有開放式體系結(jié)構(gòu)，即數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)可以在統(tǒng)一的運(yùn)行平臺上，面向最終用戶，通過改變、增加或剪。裁結(jié)構(gòu)對象（數(shù)控功能），形成系列化，并可方便地將用戶的特殊應(yīng)用和技術(shù)訣竅集成到控 制系統(tǒng)中，快速實現(xiàn)不同品種、不同檔次產(chǎn)品的開發(fā)。開放式體系結(jié)構(gòu)使數(shù)控系統(tǒng)有更好的通用性、柔性、適應(yīng)性、擴(kuò)展性，并向智能化、網(wǎng)絡(luò)化 方向發(fā)展。目前，開放系統(tǒng)具體有 2種基本結(jié)構(gòu)：CNC+工控機(jī)主板將一塊工控機(jī)主板插入傳統(tǒng)的CNC機(jī)器中，工控板主要用作實時控制， CNC主要用作以坐標(biāo)軸運(yùn)動為主的實時控制。工控機(jī)+運(yùn)動控制板將運(yùn)動控制板插入工控機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)插槽中作實時控制用，而工控機(jī)主要作非實

10、時控制。我國生產(chǎn)的數(shù)控等離子切割機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)多是在引進(jìn)國外數(shù)控技術(shù)的基礎(chǔ)上，加以自主開發(fā)而成，并逐步形成了更能適應(yīng)國內(nèi)用戶的數(shù)控系統(tǒng)?？傮w來說，在數(shù)控系統(tǒng)方面具備了國外同類系統(tǒng)的基本功能，但與國外先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)相比，在錯誤記錄、網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)、全自動生產(chǎn)等方面還存在較大差距。8數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的抗干擾措施切割電源具有強(qiáng)烈的電磁干擾，這就要求計算機(jī)控制系統(tǒng)必須具有很高的抗干擾能力，既能抵抗等離子引弧時的高頻干擾，也能抵抗工作時大電流等離子弧的干擾，還能抵抗工作現(xiàn)場的其他干擾源。經(jīng)過抗干擾設(shè)計，改善了數(shù)控等離子切割系統(tǒng)的可靠性，其故障率也降低。9國內(nèi)外數(shù)控等離子切割現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢國外數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)

11、廠家主要集中在德國、美國和日本。從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，其發(fā)展經(jīng)歷了十字架型（輕型）、門型（小型）、龍門型（大型）3個階段，相應(yīng)的型號種類繁多。能夠代表數(shù)控等離子切割技術(shù)最高水平的廠家主要集中在德國，如德國ESAB公司的精細(xì)等離子切割機(jī)的切割精度已達(dá)激光切割下限，目前，國外已有廠家在龍門式切割機(jī)上安裝一個專用切割機(jī)械手，開發(fā)出五軸控制系統(tǒng)的龍門式專用切割工具，該系統(tǒng)可以在空間切割出各種軌跡，利用特殊的跟蹤探頭，在切割過程中控制切割運(yùn)行軌跡。相比之下，國內(nèi)雖然十字架型、門型、龍門型都有所生產(chǎn)，但廣度不夠，生產(chǎn)廠家產(chǎn)品型號較為單一，尚無龍門式專用 型材切割機(jī)產(chǎn)品。近幾年來，由于對切割質(zhì)量、勞動環(huán)境等的要求

12、越來越高，國外的大型水下等離子切割法、精細(xì)等離子切割法等先進(jìn)等離子切割技術(shù)得到較快發(fā)展，其相應(yīng)產(chǎn)品在我國的市場需求量也逐年上升。在我國的等離子切割設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)中，由于缺乏等離子切割理論研究與生產(chǎn)實踐相轉(zhuǎn)換的機(jī)制，因此新技術(shù)運(yùn)用不廣、新產(chǎn)品開發(fā)速度不快，制約了等離子切割技術(shù)的進(jìn)一 步發(fā)展和運(yùn)用?？梢灶A(yù)見，我國的數(shù)控切割機(jī)的市場需求仍將以數(shù)控等離子切割機(jī)為主。與此同時，國外廣泛應(yīng)用的大型水下等離子切割、 精細(xì)等離子切割等先進(jìn)切割設(shè)備在我國的市場需求量呈逐年 上升趨勢。從國外數(shù)控等離子切割行業(yè)發(fā)展的趨勢來看，智能化精密切割將成為切割行業(yè)今后發(fā)展的方向。我國鋼產(chǎn)量早已達(dá)億噸級，再加上制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，

13、 這必將促進(jìn)國內(nèi)數(shù)控等離子切割技術(shù)的良性發(fā)展。總體來說，我國數(shù)控等離子切割在基本功能上已達(dá)到國外同類產(chǎn)品水 平，但要完全達(dá)到或超過國外水平還有很長的路要走。國內(nèi)各企業(yè)、科研單位應(yīng)加大科研力度，重視企業(yè)間的橫向合作，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，并在以下方面爭取進(jìn)一步提高：a.應(yīng)加強(qiáng)等離子理論研究與生產(chǎn)的相關(guān)轉(zhuǎn)換；b .等離子電源應(yīng)進(jìn)一步提高穩(wěn)定性；c.積極開發(fā)適合我國國情、經(jīng)濟(jì)可靠的數(shù)控等離子切割設(shè)備；d 人機(jī)對話界面友好，適合切割下料工人操作；e .網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)功能。10切割質(zhì)量的控制數(shù)控等離子切割機(jī)是一種用于金屬板材下料切割的機(jī)電一體化先進(jìn)設(shè)備，已在造船、機(jī)械制造等行業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。影響數(shù)控等離子切割機(jī)切

14、割質(zhì)量的因素很多，除了切割機(jī)的設(shè)計參數(shù)外，還與操作控制、切割工藝等有關(guān)。為了提高切割質(zhì)量，我們對其進(jìn)行了全面的切割試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，得出了數(shù)控等離子切割機(jī)的部分最佳工作參數(shù)?，F(xiàn)敘述如下：1、數(shù)控等離子切割的特點(diǎn)及質(zhì)量評定用數(shù)控等離子切割機(jī)可以切割各種形狀復(fù)雜的丁件，并具有切割速度快、效率高、切割面質(zhì)量好、切割尺寸精確、工件熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。 切割的零件不需機(jī)械加丑就可直接進(jìn)行焊接 和應(yīng)用。但數(shù)控等離子切割機(jī)是用等離子弧進(jìn)行切割，它與氧氣切割相比，仍有一定的缺陷，主要體現(xiàn)在切割面的傾斜度較大，光潔度沒有氧氣切割的好。評定數(shù)控等離子切割質(zhì)量好壞的主要判據(jù)是：切割面的傾斜度、切縫的割紋

15、深度、掛渣多少等。一個優(yōu)質(zhì)的切割面其傾斜度應(yīng)在30以下，割紋深度應(yīng)在 0.15 mm 以下，且掛渣少，容易清除。在電壓、電流穩(wěn)定的條件下，影響切割質(zhì)量的因素除了電極、噴嘴本身質(zhì)量以外，主要還有二個方面的原因：一是割嘴高度與穩(wěn)定；二是切割速度與工作氣壓的匹配。割嘴離鋼板的高度當(dāng)采用弧壓調(diào)高器來控制時，因其動態(tài)定位精度可達(dá) ±0.013 mm .所以能保證割嘴與鋼板的高度保持不變，故切割面的傾斜度小而均勻，且光潔度好。當(dāng)用手T來調(diào)節(jié)割嘴離鋼板的高度時， 被切鋼板要盡量放平， 以減少割炬的調(diào)節(jié)次數(shù)， 保證割炬切割 過程中的穩(wěn)定。本文采用手工調(diào)節(jié)方式，將割嘴離鋼板的高度控制在68 mm，通過

16、一系列的切割試驗，闡述了切割速度（口）、工作氣壓（P）與切割質(zhì)量的關(guān)系。2、試驗方法試驗設(shè)備為南黛大學(xué)藍(lán)光機(jī)電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的CNC-3000 型數(shù)控等離子切割機(jī)，備有LG-100K、LG-120K、LG-160K、LG-200K 型四種功率不同的空氣等離子切割機(jī)各一臺， 每種機(jī)型的電極、噴嘴各6套。將四臺空氣等離子切割機(jī)的割炬，按先后順序裝在數(shù)控切割機(jī)的切割小車上。每一種型號的空氣等離子切割機(jī)都要單獨(dú)完成所有試驗的全過程，即用不同的切割速度，使用不同的氣壓，對不同厚度的A3鋼板進(jìn)行切割（用自來水冷卻）。切割從低氣壓向高氣壓，從低速向高速 逐步進(jìn)行。氣壓由過濾控制閥淵節(jié)， 切割速度由數(shù)控切割

17、機(jī)控制。切割零件為100 mmxlOOmm的正方形零件。3、試驗結(jié)果及分析用LG-IOOK 型空氣等離子切割機(jī)切割 6 mm 和10 mm 兩種不同厚度鋼板的試驗結(jié)果。 由于試驗數(shù)據(jù)太多，用該機(jī)切割其它厚度鋼板的試驗數(shù)據(jù)，以及用LG 一 120K、LG-160K、LG-200K 型機(jī)切割的試驗數(shù)據(jù)就不一一列出。當(dāng)切割速度過高、氣壓過低時，切割面的傾斜度大。這是因為速度過快，弧柱嚴(yán)重后傾割縫話跟不上。所以切割的零件大小，下平面尺寸大，尤其是切割直角在拐角處的底部割縫成圓弧形不是直角形。如果切割速度過低、氣壓過高則掛渣嚴(yán)重，不易清除，光潔度較差。如果切割速度合適， 工作氣壓過高.弧柱的挺度和圓滑度

18、受到破壞，切割能力下降，切割光 潔度差。所以，切割不同厚度的鋼板，需要合理地選擇不同的切割功率、切割速度和工作氣 壓，才能得到最佳的切割效果。不同的鋼板厚度有不同的最佳切割速度和工作氣壓。我們根據(jù)四種不同型號機(jī)型的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和整理，繪制出了用不同功率的等離子切割機(jī)切割不同厚度鋼板的最佳切割速度與 T作氣壓參數(shù)曲線圖， 根據(jù)四種不同功率機(jī)型的試驗結(jié)果，得出了不同功率切割機(jī)切割不同厚度鋼板的最佳切割參數(shù)如表 2所示。根據(jù)這些數(shù)據(jù)我們在部分廠家進(jìn)行了實際應(yīng)用切割， 效果很好？切割質(zhì)量大大提高。11等離子切割機(jī)消耗件的保養(yǎng)方法1. 保證等離子正確的氣壓和流動等離子體正確的氣壓和流動對消耗件的使用壽命非常重要。如果氣壓太高，電極