正交試驗(yàn)法優(yōu)化精細(xì)等離子引入引出參數(shù)研究

董漢偉，趙洪波，于　丹，宋利鋒

(三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027)

正交試驗(yàn)法優(yōu)化精細(xì)等離子引入引出參數(shù)研究

董漢偉，趙洪波，于丹，宋利鋒

(三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027)

摘要：針對(duì)精細(xì)等離子切割內(nèi)孔時(shí)的引入引出點(diǎn)缺陷問(wèn)題，以引入引出參數(shù)設(shè)置為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)并進(jìn)行對(duì)比分析。確定引入圓弧半徑為9 mm、引入角度為70°、引出圓弧半徑為5 mm、引出角度為70°、間隙值為2 mm是優(yōu)化參數(shù)組合，結(jié)果顯示其可以明顯改善引入引出點(diǎn)切割質(zhì)量，將凹坑深度控制在<0.5 mm，解決了精細(xì)等離子切割引入引出點(diǎn)缺陷問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：精細(xì)等離子；引入引出缺陷；正交試驗(yàn)；參數(shù)優(yōu)化

精細(xì)等離子切割內(nèi)孔時(shí)，容易發(fā)生引入引出位置運(yùn)動(dòng)方向的改變[1]，導(dǎo)致切割缺陷，產(chǎn)生凹坑，從而影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量及性能[2]。分析認(rèn)為，通過(guò)調(diào)整引入引出參數(shù)設(shè)置[3]，對(duì)目前所使用的引入引出參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以達(dá)到改善引入引出點(diǎn)切割質(zhì)量的目的[4]。引入引出參數(shù)包括引入圓弧半徑、引入角度、引出圓弧半徑、引出角度和間隙值等[5]。

如果對(duì)每組參數(shù)的組合都通過(guò)切割試驗(yàn)來(lái)優(yōu)化引入引出參數(shù)，則工作量較大，耗費(fèi)大量人力物力，而采用正交試驗(yàn)法可以用較少的試驗(yàn)次數(shù)選出各因素的最優(yōu)組合。本文以正交試驗(yàn)法為指導(dǎo)思路，通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)并進(jìn)行對(duì)比分析，尋找引入引出參數(shù)的最佳組合，以改善精細(xì)等離子引入引出位置的切割質(zhì)量。

1試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

使用五因素四水平正交試驗(yàn)表L16(45)進(jìn)行試驗(yàn)，共進(jìn)行16次切割試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。其他試驗(yàn)參數(shù)相同并確定條件如下：切割材料為Q345B鋼板，板厚為16 mm；切割電流為200 A；切割速度為1 800 mm/min，內(nèi)孔直徑為40 mm。

表1　試驗(yàn)參數(shù)表

1.2確定考核指標(biāo)

一般引入引出位置的缺陷表現(xiàn)為凹坑，如圖1所示。為了客觀表征切割缺陷，以凹坑深度H為引入引出質(zhì)量考核指標(biāo)。

圖1　引入引出缺陷

凹坑深度為理論圓弧邊界與凹坑缺陷邊界之間的距離，如圖2所示。每組參數(shù)的凹坑深度取5次測(cè)量的平均值。

圖2　凹坑深度示意圖

2試驗(yàn)過(guò)程與分析

按表2參數(shù)進(jìn)行16組切割試驗(yàn)。表2中H值為凹坑深度數(shù)據(jù)。

2.1綜合影響值

計(jì)算各因素對(duì)凹坑深度的綜合影響值Kij：

K11=1.16+0.64+0.85+1.11=3.76

K21=0.47+0.99+0.83+0.66=2.95

K31=0.84+0.69+0.87+0.66=3.06

K41=0.44+0.54+0.58+0.94=2.50

依次計(jì)算：K12～K42，K13～K43，K14～K44，K15～K45，并將計(jì)算結(jié)果填入表2。

2.2分析計(jì)算結(jié)果

找出各因素對(duì)凹坑深度影響的主次順序，采用極差分析法，首先計(jì)算各因素對(duì)凹坑深度影響的極差Rj：

R1=3.76-2.50=1.26

R2=3.37-2.86=0.51

R3=3.96-2.35=1.61

R4=3.52-2.61=0.91

R5=3.25-2.94=0.31

將計(jì)算得到的Rj值填入表2的相應(yīng)欄內(nèi)，比較Rj值的大小可以看出各因素對(duì)凹坑深度影響的主次順序?yàn)椋篊>A>D>B>E，即引出圓弧半徑和引入圓弧半徑對(duì)凹坑缺陷的影響較大，而間隙值的影響較小。

表2　試驗(yàn)參數(shù)及凹坑深度值

續(xù)表2

序號(hào)ABCDEH16441320.94K1j3.762.913.963.193.09—K2j2.952.862.352.613.25—K3j3.063.132.892.952.94—K4j2.503.373.073.522.99—Rj1.260.511.610.910.31—

2.3確定各因素的較優(yōu)位級(jí)組合

從表2中各因素對(duì)凹坑深度的綜合影響值可以看出，引入圓弧半徑為9 mm時(shí)，切割工件的凹坑深度最小，即引入圓弧半徑的最優(yōu)值為A4(9 mm)；同理，可以得出各因素最優(yōu)組合為A4B2C2D2E3，即引入圓弧半徑為9 mm，引入角度為70°，引出圓弧半徑為5 mm，引出角度為70°，間隙值為2 mm。

2.4實(shí)施驗(yàn)證

圖3　改進(jìn)參數(shù)切割試樣

以最佳組合A4B2C2D2E3為引入引出參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，切割工件如圖3所示，測(cè)得凹坑深度為0.4 mm，缺陷程度較小，優(yōu)化效果顯著。

3結(jié)語(yǔ)

通過(guò)引入正交試驗(yàn)法，對(duì)精細(xì)等離子切割引入引出參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)與評(píng)定，確定引入圓弧半徑為9 mm、引入角度為70°、引出圓弧半徑為5 mm、引出角度為70°、間隙值為2 mm為優(yōu)化參數(shù)組合，其可以明顯改善引入引出點(diǎn)切割質(zhì)量，使凹坑深度控制在<0.5 mm，滿足公司零件切割質(zhì)量要求，解決了精細(xì)等離子切割引入引出點(diǎn)缺陷問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊素媛，潘文力．國(guó)內(nèi)數(shù)控切割技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J]．金屬加工(熱加工)，2010(8)：37-40.

[2] 陳潔，鄭鵬．?dāng)?shù)控等離子切割技術(shù)及應(yīng)用[J]．新技術(shù)新工藝，2009(2)：80-83.

[3] 孫凌翔，李勁松．?dāng)?shù)控等離子弧切割多參數(shù)的選擇與優(yōu)化控制[J]．電焊機(jī)，2011，41(2)：79-83.

[4] 江開(kāi)平．空氣等離子弧切割的質(zhì)量提高及環(huán)境保護(hù)[J]．金屬加工(熱加工)，2012(14)：70-71.

[5] 李莉．基于數(shù)控切割技術(shù)的井下液壓支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J]．煤炭技術(shù)，2013(6)：28-29.

責(zé)任編輯李思文

Optimization of Cut-in Parameter for Precision Plasma by Orthogonal Experiment

DONG Hanwei, ZHAO Hongbo, YU Dan, SONG Lifeng

(Sany Heavy Equipment Co., Ltd, Shenyang 110027, China)

Abstract:Aimed at the cut-in defects of inner holes from precision plasma, orthogonal experiment about cut-in parameter was designed following with comprehensive analysis. The optimized cut-in parameters with cut-in radius of 9 mm, cut-in angle of 70°, cut-off radius of 5 mm, cut-off angle of 70° and gap distance of 2 mm were obtained, which brings significant improvement on cutting quality. The defects depths can be controlled under 0.5 mm, along with the solution of cut-in defects from precision plasma.

Key words：precision plasma, cut-in defects, orthogonal experiment, parameter optimization

收稿日期：2014-04-29

作者簡(jiǎn)介：董漢偉(1983-)，男，碩士，工藝工程師，主要從事焊接成型等方面的研究

中圖分類(lèi)號(hào)：TG 483

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A