基于提高數(shù)控等離子切割件質(zhì)量的研究

鮑 碩

揚(yáng)州中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司 江蘇 揚(yáng)州 225211

正文：

數(shù)控等離子技術(shù)的發(fā)展，得益于計(jì)算機(jī)控制、電力電子等學(xué)科的進(jìn)步，在此基礎(chǔ)下，數(shù)控技術(shù)、等離子切割技術(shù)以及逆變電源技術(shù)得以不斷發(fā)展，最終組成了數(shù)控等離子切割這一高新技術(shù)。在今天，數(shù)控等離子技術(shù)所表現(xiàn)出的一系列優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的肯定，其高效率、質(zhì)量高的特點(diǎn)被人們所認(rèn)同，其廣泛應(yīng)用于航天航空、造船等的行業(yè)中。

1、我國(guó)數(shù)控等離子切割技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

在數(shù)控等離子切割技術(shù)普及發(fā)展之前，我國(guó)企業(yè)在進(jìn)行對(duì)板料的切割時(shí)，基本都是火焰、等離子切割的方式來進(jìn)行切割，在這一過程中采用的設(shè)備通常為手工下料、仿形機(jī)下料、半自動(dòng)切割機(jī)下料以及等離子切割機(jī)下料等。在這幾種下料方式中，手工下料最具靈活性，對(duì)設(shè)備要求低，但其割縫質(zhì)量不高，還存在著較大的誤差，因此被逐漸淘汰。而仿形機(jī)和半自動(dòng)切割機(jī)下料雖然彌補(bǔ)了人工下料所存在的不足，但是功能相對(duì)單一，無法適應(yīng)企業(yè)逐漸發(fā)展的現(xiàn)狀。

直到上世紀(jì)八十年代，數(shù)控技術(shù)才得以發(fā)展，數(shù)控等離子切割技術(shù)在發(fā)展初期由于效率和質(zhì)量上的優(yōu)勢(shì)，得到了各行業(yè)的重視，得以快速發(fā)展。和發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的數(shù)控等離子技術(shù)起步晚，在當(dāng)前雖然已經(jīng)普及起來，但還是有一些中小型企業(yè)使用的是普通等離子切割機(jī)，這和國(guó)外有著明顯的差距。我國(guó)數(shù)控切割機(jī)下料所普及的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國(guó)家，更不用說數(shù)控等離子切割機(jī)所占比例了。可以說，數(shù)控等離子切割技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)機(jī)械制造業(yè)進(jìn)步路上的一大問題。

2、數(shù)控等離子切割存在的問題及控制措施

2.1 割嘴高度、切割速度和工作氣壓對(duì)切割質(zhì)量的影響及控制

通過數(shù)控等離子切割機(jī)，可以有效切割各種各樣的工件，其切割效率更高，所切割的質(zhì)量更好，也更加符合各行業(yè)所需。其所切割出來的零件不用機(jī)械加工便能夠進(jìn)行下一步利用，但是，和氧氣切割不同的是，它采用了等離子弧來完成切割，因而存在不足，例如粗糙度以及切割面傾斜度等方面。

切割面的傾斜度以及切割縫的深度是切割中所必須注意的，也是數(shù)控等離子切割是否成功的重要標(biāo)準(zhǔn)，因而必須嚴(yán)格把握，通常情況下，要控制二者分別不超過3°、0.15mm，還要確保所產(chǎn)生的掛渣量。

一般情況下，如果電壓以及電流沒有出現(xiàn)問題，那么就要注意割嘴高度和穩(wěn)定性、切割速度和工作氣壓的匹配，以此來確保切割質(zhì)量不會(huì)出現(xiàn)問題。

在控制割嘴和鋼板的高度時(shí)，如果是通過弧壓調(diào)高器來進(jìn)行的，那么就能夠控制動(dòng)態(tài)定位的精度達(dá)到達(dá)±0.013mm，因此這種情況可以確保二者高度不會(huì)發(fā)生變化，所切割的面由此傾斜度更小，更加符合需求。在試驗(yàn)中可以得知，切割面的傾斜度在切割時(shí)會(huì)出現(xiàn)變化，這種變化主要受到其割速度以及氣壓的影響。如果切割速度太快而氣壓低，那么就會(huì)使得弧柱產(chǎn)生較大的后傾，進(jìn)而使得割縫下半部熔化速度無法及時(shí)跟上，導(dǎo)致零件的上、下平面尺寸出現(xiàn)差距。相反，若切割速度太慢而氣壓高，同樣會(huì)出現(xiàn)問題，在這種情況下掛渣量明顯增多，影響到切割的進(jìn)行。因此可以得知，對(duì)于厚度不一的各種鋼板，必須正確的控制切割速度、氣壓等，從而確保切割結(jié)果符合要求。

2.2 切割熱變形的影響和控制

由于外力的作用，物體會(huì)出現(xiàn)在尺寸與形狀的變化，這一過程就是變形。在物體變形之后，如果形狀不再發(fā)生變化，那么這種變形就是塑性變形。在進(jìn)行對(duì)金屬板的切割時(shí)，其所發(fā)生的變形就是塑性變形，直到溫度冷卻后形狀不再改變，這就是切割熱變形。

在對(duì)金屬進(jìn)行切割時(shí)，會(huì)使得金屬受到切割的部分產(chǎn)生高溫，金屬在此情況下將會(huì)膨脹，但其又受到附近木板的限制，這就使得切口邊緣的金屬出現(xiàn)應(yīng)力。當(dāng)產(chǎn)生的應(yīng)力過大，大于金屬本身的屈服強(qiáng)度，那么就將會(huì)出現(xiàn)壓縮塑性變形。在溫度降低，冷卻到正常溫度時(shí)，在附近母材金屬的限制下，還會(huì)在切割方向出現(xiàn)縮短變形的現(xiàn)象，隨之產(chǎn)生的還有少量殘余拉應(yīng)力。

要達(dá)到降低切割變形的目的，就要做好切割準(zhǔn)備工作，要確保金屬板材的定位穩(wěn)定，從而最大程度的降低殘余內(nèi)應(yīng)力的影響，保證平整度達(dá)到要求。此外，要想順利完成切割工作，還要控制好切割速度的大小，這是決定切割面質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。就切割速度來看，其決定性因素主要為板材的厚度、切割電流以及噴嘴等。可以說，整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，很大程度上都取決于數(shù)控等離子氣割機(jī)切割件的加工質(zhì)量，這也是加工工件變形需要嚴(yán)格控制的主要原因。

3、數(shù)控切割軟件的影響和控制

在數(shù)控等離子切割技術(shù)中，影響技術(shù)好壞的除了切割機(jī)的機(jī)床結(jié)構(gòu)和硬件設(shè)施質(zhì)量外，還有切割軟件這一要素。一個(gè)好的切割軟件，能夠極大的提升數(shù)控切割機(jī)的工作水平。對(duì)于數(shù)控等離子切割機(jī)而言，優(yōu)化套料編程軟件以及切割控制軟件最為重要。高質(zhì)量的套料軟件，不但能夠確保切割機(jī)的自動(dòng)切割以及單件切割，還可以有效提升切割效率，為切割質(zhì)量做出保證，同時(shí)還很大程度上解決了鋼材浪費(fèi)的問題。

在進(jìn)行切割時(shí)，通過Fast CAM優(yōu)化套料軟件來進(jìn)行控制，并使用Fast CNC數(shù)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼材的有效減少，不但降低了生產(chǎn)成本，還完成了對(duì)數(shù)控切割機(jī)的有效控制，使其能夠自動(dòng)切割，在確保切割效率的同時(shí)還保證了切割的質(zhì)量，這一過程成本低、質(zhì)量好、效率高，為企業(yè)的發(fā)展帶來了更多的機(jī)會(huì)，在推動(dòng)企業(yè)發(fā)展帶來經(jīng)濟(jì)收益的同時(shí)，也將帶動(dòng)數(shù)控等離子切割技術(shù)在未來的進(jìn)一步發(fā)展。

4、結(jié)論

在制造業(yè)迅速發(fā)展的今天，數(shù)控技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，其自動(dòng)化、柔性化、集成化等優(yōu)點(diǎn)在今天仍在進(jìn)步，可以說，數(shù)控等離子切割技術(shù)的深入推廣與應(yīng)用是很有必要的，它不但提高了企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省了生產(chǎn)成本，還很大程度上優(yōu)化了生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等。正是因?yàn)槿绱?，?shù)控等離子切割技術(shù)在未來必定會(huì)迎來更加迅速的發(fā)展，也將會(huì)越來越趨于完美。