板材自動(dòng)套料及等離子切割在廠房鋼結(jié)構(gòu)制作中的應(yīng)用

孫 科，王 剛

（中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)工程分公司，上海 201900）

鋼結(jié)構(gòu)廠房與傳統(tǒng)的廠房建設(shè)相比較，具有效率更高、結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固以及質(zhì)量更為可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此，目前也得到了越來越多的廠家的認(rèn)可，在實(shí)踐中的應(yīng)用范圍越來越廣。但是，目前我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)廠房在建設(shè)的過程中，鋼結(jié)構(gòu)的制作主要依賴于人工排版以及人工切割。存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率難以保障等問題。依靠板材自動(dòng)套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)能夠有效的改善上述存在的問題。

1 板材自動(dòng)套料技術(shù)及等離子切割技術(shù)的基本原理

1.1 板材自動(dòng)套料技術(shù)的基本原理與結(jié)構(gòu)

板材自動(dòng)套料技術(shù)能夠依據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)以及庫(kù)存管理模式，完善自身的材料管理，并且有效的提升其材料的利用率，將材料依據(jù)不同的材質(zhì)、規(guī)格、板厚以及工程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以及匯總。同時(shí)，還能夠?qū)η懈钔曛蟮挠嗔峡梢栽俅卫?，建立起一種有效的管理，通過對(duì)其進(jìn)行有效編碼，為材料排版建立起數(shù)據(jù)支撐。在材料消耗之后，對(duì)應(yīng)規(guī)格和編碼的材料從數(shù)據(jù)庫(kù)之中消除，而余料直接進(jìn)入材料數(shù)據(jù)庫(kù)。其關(guān)鍵的技術(shù)特性就是通過運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)排版的信息共享以及交流，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 板材自動(dòng)套料系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

板材自動(dòng)套料技術(shù)在廠房鋼結(jié)構(gòu)制作中能夠起到如下幾個(gè)方面的作用：通過運(yùn)用板材自動(dòng)套料技術(shù)，能夠起到有效的提升鋼結(jié)構(gòu)的制作效率的作用，由于所有的板材都已經(jīng)編號(hào)、排序，自動(dòng)套料與手工排版相比，能夠節(jié)省大量的時(shí)間；采用板材自動(dòng)套料技術(shù)，在廠房的鋼結(jié)構(gòu)制作之中，能夠有效的減少板材的消耗，提高板材的利用效率。在傳統(tǒng)的手工排版方式之下，切割之后的余料往往直接當(dāng)作廢品進(jìn)行處理，利用效率不高。但是，板材自動(dòng)套料技術(shù)能夠?qū)τ嗔线M(jìn)行分析，將可以再利用的余料進(jìn)行分類存放，在需要時(shí)，自動(dòng)調(diào)用，可以有效的提升板材的利用效率，降低鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制作成本。

2.1 等離子切割技術(shù)的基本原理

根據(jù)目前的科學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)基本上分為4種狀態(tài)，即隨著溫度的不斷升高，物質(zhì)一般會(huì)有固體、液體以及氣體3種狀態(tài)，并且隨著溫度的進(jìn)一步升高，能量還會(huì)使得分子進(jìn)一步的分離，其中的原子由于激烈的相互碰撞而導(dǎo)致其內(nèi)部的電子脫離出來，并且離解成為正負(fù)離子。這時(shí)，物質(zhì)就進(jìn)入到了第4種狀態(tài)，也就是本文提及的等離子體。等離子之間的撞擊會(huì)釋放出非常龐大的能量，并且能夠維持在一個(gè)非常高的溫度之下。正是基于等離子的這種性質(zhì)，將其通過一定的約束之后應(yīng)用于切割之中，往往具有非常好的效果。而且，等離子切割與傳統(tǒng)的火焰切割相比較，除了熔化之外，還起到一定的有氧蒸發(fā)的作用，切割速度更快，切口質(zhì)量更好，而且穿孔時(shí)間很短，因此目前也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。等離子切割的基本原理如圖2所示。

圖2 等離子切割的基本原理

如圖2所示，等離子弧切的原理實(shí)際上就是以高溫高速的等離子弧為熱源、將被切割件面部熔化，并得用壓縮的高速氣流的機(jī)械沖刷力將熔化的金屬或非金屬吹走而形成狹窄的切口的過程。

2 應(yīng)用實(shí)例分析

2.1 案例簡(jiǎn)介

HD鋼構(gòu)廠作為年產(chǎn)在15萬t大型鋼結(jié)構(gòu)制造特級(jí)企業(yè)，近年來為大量鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)提供鋼結(jié)構(gòu)制作服務(wù)，在經(jīng)營(yíng)過程中，企業(yè)發(fā)現(xiàn)其傳統(tǒng)的排版以及切割方式，存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率難以保障等問題。如何降低材料損耗和提高材料余料利用率，加強(qiáng)鋼材預(yù)算及定板定尺采購(gòu)，實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)切割下料的全過程信息化管理模式尤為重要。

2.2 板材自動(dòng)套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)的應(yīng)用

HD鋼構(gòu)廠在2012年開始，對(duì)其切割機(jī)進(jìn)行了改造，已納入了Fastcam套料軟件以及XSTEEL技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了編程的簡(jiǎn)單化，使得板材的自動(dòng)套料成為了可能。此外，HD鋼構(gòu)廠還引入了等離子切割技術(shù)，對(duì)切割方式進(jìn)行了升級(jí)。為了便于操作，HD鋼構(gòu)廠對(duì)于所有的客戶的要求運(yùn)用AutoCAD進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，然后在Fastcam中導(dǎo)入相關(guān)的設(shè)計(jì)文件，就可以根據(jù)提示確定下料的數(shù)量、規(guī)格，并且以最節(jié)省余料的原則，對(duì)零件進(jìn)行排版布局，選擇合適的切入點(diǎn)。

2.3 板材自動(dòng)套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)應(yīng)用的效益

通過上述一系列的升級(jí)和改造，HD鋼構(gòu)廠實(shí)現(xiàn)了損耗率降低1%的目標(biāo)，以年產(chǎn)15萬t計(jì)算，損耗率每降低1%，將節(jié)約成本15萬t×1%×3000元/t=450萬元。同時(shí)，良品率也得到了一定的提升，再加上效率的相應(yīng)提升，經(jīng)過初步測(cè)算，這兩項(xiàng)就可以給HD鋼構(gòu)廠實(shí)現(xiàn)近500萬元利潤(rùn)的提升。因此，綜合來看，在HD鋼構(gòu)廠應(yīng)用板材自動(dòng)套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)可以每年多實(shí)現(xiàn)近1000萬元的利潤(rùn)。

3 結(jié)語

近年來，隨著數(shù)控技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和普及，極大的促進(jìn)和滿足了鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)的發(fā)展，其技術(shù)發(fā)展以及普及帶來的綜合效益的提升非?？陀^。文章介紹的板材自動(dòng)套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)在廠房鋼結(jié)構(gòu)制作中的應(yīng)用，可以為HD鋼構(gòu)廠每年增加1000萬元的利潤(rùn)，值得推廣。

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