數控火焰切割

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數控火焰切割件切割變形的工藝創(chuàng)辦流程

數控火焰切割件切割變形的工藝創(chuàng)辦流程0引言數控火焰切割機是一種使用數控系統(tǒng)操縱切割系統(tǒng)，利用氧氣加丙烷等燃燒氣體對金屬材料舉行切割的設備。切割過程利用氣體火焰將金屬材料加熱到燃點，在金屬材料燃燒熔化的同時，利用高速氧氣流將熔渣吹除，從而形成切口[1]。

由于可切割厚度大、切割本金低，數控火焰切割機廣泛應用于機車車輛等行業(yè)。但是，火焰切割的熱影響區(qū)較大，所以切割變形大的問題經常存在且難以制止，探索出有效操縱變形的方法，是提高火焰切割質量的重要手段。

1產生切割變形的理論分析金屬板材在火焰切割時產生切割變形，主要有以下三方面的理由：（1）金屬板材在軋制或開卷過程中難免存在分布不平勻的剩余內應力；

（2）金屬板材在切割過程中，受局部高溫熱源的影響，沿切割方向急劇膨脹，而周邊母材金屬又會限制這種膨脹，從而在切口邊緣產生不成抵消的應力，當應力超過金屬的屈服強度時，就產生壓縮塑性變形；

（3）在冷卻過程中，金屬板材沿切割方向產生確定的收縮變形，同時受周邊母材金屬的限制，材料內部會產生確定的拉應力。

由于這種不平勻的加熱和冷卻，材料內部的應力不成能平衡和完全消釋，所以在材料內部應力的作用下，被切割的零件會發(fā)生不同程度熱變形，表現為零件外形扭曲和尺寸偏差。

影響切割變形的因素主要有切割速度、割嘴的型號及其高度、切割程序等。根據板材厚度選擇適合的切割速度和割嘴型號，操縱好割嘴與板材之間的距離，能有效操縱熱輸入量，裁減切割變形。切割程序的合理與否，直接影響著切割質量。

2切割變形分析及操縱從出口澳大利亞PN機車制造過程中幾種零件的切割變形實際啟程，分析這幾種不同外形特征的零件產生切割變形的理由，優(yōu)化切割工藝，達成有效操縱切割變形的目的。

2.1單一規(guī)矩零件的切割分析變形的理由，主要是由于零件長寬比對比大，長邊的熱應力不均衡引起變形。圖1中，從a點起沿邊1切割A時，鋼板處于靜止狀態(tài)，鋼板框架上邊1和邊2上的熱應力根本是平衡的，零件根本不產生變形。但沿邊3切割B時，由于邊2離邊3很近，所以切割邊3的過程也是加熱邊2的過程，這時邊2和邊1的所受的熱應力就不平衡了，全體邊1上的應力之和使全體的邊1同時收縮，從而使鋼板框架向右偏移，導致割嘴割至下端時，之前割好的孔已隨框架發(fā)生位移，從而出現圖3所示的偏差。

基于以上分析，改用圖1中1-B所示切割模型，該模型將A和B看作整體，先切割全體內孔，然后依次按照1-7的依次依次切割各邊，其中邊4為共用邊。這樣在切割完B時，邊2與邊4上應力相平衡，切割A時，邊4與邊6上的應力也根本平衡，鋼板框架不會偏移，從而能保證全體孔的位置的切實度。圖1單一規(guī)矩零件切割模型圖2零件變形示意圖修長直條是一種特殊的長寬比對比大的規(guī)矩零件，用常規(guī)方法切割時往往展現旁彎現象，為此可采取以下切割技巧：多割嘴同時切割，先切割稍大于零件長度的直線條，待鋼板冷卻后，再沿寬度方向切割所需要的長度。在各割嘴火焰強度根本一致的處境下，零件長度方向的兩邊是同時受熱的，因此不會展現旁彎。

2.2單一異形零件的切割以PN機車車架上某零件的切割為例，該零件厚度為6mm，其特點是形狀不規(guī)矩且尺寸較大。切割這類零件時，為提高板材利用率，常采用套料的方式。圖3中3-A為常規(guī)的切割程序模型，每只割嘴先從a點引入切割A，再從b點引入切割B。

實踐結果說明，有近50%的零件會產生旁彎變形，而且由于該零件板料較薄，所以最大變形量可達5-7mm。

分析其變形理由：切割A時，后切割的邊2輪廓長度大于先切割的邊1的長度，所以邊2上的收縮應力超過了邊1上應力的作用，同時由于邊2輪廓是凹邊，所以鋼板的凸邊對邊2的收縮有確定的阻礙作用，在合應力的作用下，零件變形較小且鋼板框架根本沒有位移；

切割B時，先切割的邊3產生的應力比很大，后切割的邊4上的應力，以及鋼板凸邊對邊3的阻礙作用，只能抵消很小一片面邊3上的應力，所以零件變形對比大。無論是規(guī)矩零件還是異形零件，假設零件較長且尺寸較大時，采用休止切割法，是一種有效操縱切割變形的方法。

休止切割法是在零件的周邊上設置一些暫時不切割的點，用以連接切割零件與鋼板，防止零件變形，等鋼板冷卻后再斷開這些點。

切割變形不僅與切割零件的外形有關外，還與鋼板的厚度、切割零件在鋼板上的位置、以及切割零件和鋼板的相對大（下轉第24頁）（上接第62頁）小有關。一般來講，鋼板越薄，切割變形越大；

切割零件離鋼板中心越近，變形越??；

切割零件相對鋼板越大，變形越大。

圖3單一異形零件切割模型2.3多零件套料切割當一張板上切割多種零件時，需要對整張板舉行套料切割，影響切割變形的因素也變得很繁雜。要能平衡變形應力，切割方向和切割依次就顯得尤為重要。

2.3.1切割方向合理的切割方向理應是要保證結果切割的一邊與鋼板的大片面分開。假設切割零件過早和鋼板的大片面分開，那么周邊的框架由于太輕而不能夠抵消切割時產生的熱應力，造成切割零件的變形或者板材框架的位移，從而展現尺寸超差。

2.3.2切割依次合理的切割依次也是操縱切割變形的有效措施，經過大量探索實踐，一般理應遵守“先內后外、先小后大、先圓后方”的原那么[2]。先內后外，即先切割零件的內輪廓或者內輪廓中嵌套的零件；

先小后大，即先切割小尺寸零件，產生的熱量相對較小，對零件影響也??；

先圓后面，即先切割圓形孔或者圓形零件，使產生的熱量輻射向外傳遞，鋼板內部的應力相比較較平衡。

2.3.3應用SigmaNEST套料軟件3結語數控火焰切割時，采用共邊、留割、搭橋、留工藝筋等技巧，從切割方向、切割依次等方面著手，