關(guān)于數(shù)控等離子切割機切割工藝的改進

文/龔家林，王天萌，葉頌·長沙市美宇電器有限公司

伴隨著近年來國內(nèi)金屬行業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼板與金屬下料的需求也急劇升高，而數(shù)控等離子作為主要的下料方法使用尤為廣泛，加工范圍廣，適用于各種材質(zhì)和厚度的金屬加工，能夠大幅度地提高板材的利用率。切割速度是火焰切割的6 倍，加工面光滑度高，熱變形較小，另外，數(shù)控等離子切割機相比激光切割機成本更低，后期維護保養(yǎng)方便，在汽車、船舶、工程機械、鈑金、鋼結(jié)構(gòu)等金屬行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

等離子切割工藝的原理

等離子切割機是通過高頻電弧使混合氣體等離子化，利用氣體的壓強把等離子從割嘴中吹出，等離子的溫度極高，遠超被切割材料的熔點，可以使被切割材料快速熔化，熔化后的材料則被噴嘴噴出的高壓氣體吹走，此時會產(chǎn)生大量的濃煙和材料熔渣。因此，等離子切割機需要除塵和除渣裝置，利用不同的混合氣體，等離子可以切割各種材質(zhì)和厚度的金屬，尤其對切割有色金屬的效果更佳。

切割工藝的選擇

等離子切割機在實現(xiàn)數(shù)控加工的過程中，首先要進行編程工作，其加工的內(nèi)容都是按照事先編好的程序工作的。編程工作中，切割速度、切割順序與切割起點等切割工藝對加工質(zhì)量起著決定性的作用。

切割起點的選擇

正常情況下切割起點應(yīng)選擇在板材的邊緣或者在已加工完工件的割縫中，當噴嘴與板材距離過長時，會使工件切割不透，造成不必要的板材浪費。當噴嘴與板材距離過短時，會引起短路現(xiàn)象，不僅會損傷板材，影響切割質(zhì)量，還會損壞噴嘴。

切割方向的選擇

切割方向的選擇應(yīng)盡可能地保證切割的最后一條邊與板材大部分脫離，如果提前與板材脫離，工件周邊的細框不足以承受切割時產(chǎn)生的熱變形應(yīng)力，會導(dǎo)致在切割過程中工件產(chǎn)生偏移，造成切割尺寸的偏差，影響切割質(zhì)量。

切割順序的選擇

由于編程時為了將板材利用率最大化，會提前將工件放進板材中進行排版，所以切割順序影響著機器下料的順序，切割順序一般遵循先切小工件后切大工件，先切內(nèi)輪廓后切外輪廓的工件的原則，否則切割內(nèi)輪廓或者小工件時產(chǎn)生的應(yīng)力也會產(chǎn)生應(yīng)力集中造成工件的報廢。

切割速度的選擇

切割速度的選擇受諸多因素影響，例如板材的材質(zhì)和厚度、噴嘴的結(jié)構(gòu)、切割電流和選擇的氣體等，但在相同功率和同等條件下切割速度越快被切割工件的斜口更大，因此切割時噴嘴應(yīng)垂直于板材，這樣可以加速排出切割時產(chǎn)生的熔渣。為了保證工作效率，在不影響切割質(zhì)量時我們應(yīng)選取最大的切割速度。

編程方法

我公司引進了西班牙某公司開發(fā)的鈑金軟件使編程實現(xiàn)簡單化，軟件可以更方便地將繪制的圖形導(dǎo)入系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為切割圖形，還能利用清除、擬合等手段刪除下料，展開多余的點和線，并且還可以將多段線合并成較為圓滑的圓弧。主要是利用繪圖軟件將所需要的零件展開圖畫出，轉(zhuǎn)化為DXF 格式，將下料的展開圖導(dǎo)入到編程軟件中，設(shè)定好所需要的下料數(shù)量，選取合適的板材進行排版，使板材的利用率實現(xiàn)最大化；之后再選取合適的起刀點、切割方向、切割順序和切割速度；最后會生成等離子切割機相應(yīng)的CNC 代碼，機器則會按照排版時的加工工藝進行加工。

工藝改進

在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)了等離子排版時工件無法實現(xiàn)共邊的問題，對于共邊的工件還有新的切割起點，不能完全地實現(xiàn)共邊的工藝。我公司在上海滬工數(shù)控切割機的基礎(chǔ)上與鈑金軟件公司展開了深度合作，開發(fā)出了連切的工藝，改進了等離子切割時不能共邊的問題。

非共邊的連切工藝

在切割時由于不同的工件外部輪廓不相同或因相同工件體積過小，所以無法進行共邊，通過連切的方法使得兩個工件減少一個切割起點，即A 工件的收弧位置即為B 工件的起弧位置，切完A 工件后不會進行新的穿刺再切割B 工件，而是直接從A 工件的外部輪廓過渡到B 工件，如圖1 所示。

圖1 非共邊的連切工藝

在我公司生產(chǎn)的產(chǎn)品中進行了實踐運用，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，優(yōu)化共邊切割的工藝，采用連切的共邊切割方式，減少了加工時間，減少了刺穿時間，減少了空移時間，減少了板材用料，降低了成本。

圖2 和圖3 為非共邊工件使用連切工藝前后的對比情況，改進前切割刺穿孔數(shù)為403 個，切割時間為232 分鐘，板材用料2740mm×2200mm，材料利用率為64.83%。

圖2 非共邊使用連切工藝前

圖3 非共邊使用連切工藝后

優(yōu)化后切割刺穿孔數(shù)為208個，切割時間為143 分鐘，板材用料2680mm×2200mm， 材料利用為66.29%。

工藝優(yōu)化后，減少了刺穿孔數(shù)195個；減少了切割時間90 分鐘；板材用料減少60mm×2200mm，約26.07kg，約133.47 元；材料利用率提升1.46%；切割效率提升38%。

共邊的連切工藝

當相同工件使其共邊時通過連切工藝可以對每組工件共同使用，即通過A組工件過渡到B 組工件上，使A 組工件的收弧點為B 組工件的起弧點，如圖4 所示。

圖4 共邊時的連切工藝

圖5 和圖6 為共邊切割時使用連切工藝前后的對比情況，改進前割刺穿孔數(shù)為200 個，切割時間為86 分鐘，板材用料3650mm×2200mm，材料利用率為75.97%。

圖5 共邊工件使用連切前

圖6 共邊工件使用連切后

改進后切割刺穿孔數(shù)為10 個，切割時間為43 分鐘， 板材用料3550mm×2200mm， 材料利用率為78.1%。

工藝優(yōu)化后，減少了刺穿孔數(shù)190個；減少了加工時間43 分鐘；板材用料減少100mm×2200mm，約43.45kg，約222.64 元；材料利用率提升2.13%；切割效率提升50%。

對于設(shè)備的優(yōu)化

空氣等離子在切割時，電極芯的頂端會和空氣中的氧氣發(fā)生高溫氧化反應(yīng)，所以電極的消耗是無法避免的。而電極的使用壽命和引弧次數(shù)有關(guān)，在相同的條件下引弧次數(shù)越多，電極的消耗量則越大，頻繁的引弧將大幅降低電極的使用壽命，而連切工藝將非共邊的工件減少一個切割起點，使共邊的工件只有一個切割起點，降低了切割時的引弧次數(shù)，從而提高了電極的使用壽命。

結(jié)束語

近年來金屬行業(yè)的蓬勃發(fā)展，數(shù)控等離子切割機成為金屬加工的主要手段。我公司在對等離子切割機共邊工藝的研究中，創(chuàng)新性地提出了連切工藝，經(jīng)實際生產(chǎn)驗證，連切工藝是實現(xiàn)工件共邊較為突出的解決辦法，在保證了加工質(zhì)量的同時，極大地改善了電極的使用壽命，降低了機器保養(yǎng)的成本，減少了切割的時間和切割氣體的使用，節(jié)約了生產(chǎn)時間和成本，從而為企業(yè)創(chuàng)造了更多的利潤。