数控等离子切割机数控光纤激光切割机品质可靠

数控等离子切割是集数控、等离子和逆变电源技术于一体的高新技术，相对数控火焰切割具有切割速度快、效率高、切割面质量好、切割尺寸精确、工件热变形小等优点，在铁路、船舶、航空和机械制造等制造业中得到广范应用。目前，制备车间有两台数控等离子切割设备，主要用于长大配件、形状复杂的异形工件的切割下料，尤其是在当前公司小批量多品种订单较多的生产形势下，数控等离子切割的优势愈加明显。本文主要针对数控切割过程中出现的常见质量问题进行原因分析，并提出了解决和控制措施。1.数控等离子切割的工作原理数控等离子切割是以高温、高速的等离子弧为热源，以压缩气体为工作介质 , 通过被压缩气体电离形成高温、高速的等离子电弧 , 将被切割的金属或非金属局部熔化（或蒸发），同时用高速、高压气流将已熔化的金属或非金属“吹离”基体而形成狭窄而光洁切口的一个过程，如图1所示。图片图 1 数控等离子切割示意2.影响数控等离子切割的因素分析与控制措施数控等离子切割常见的质量缺陷有：穿孔缺陷、切割变形、熔渣、断面倾斜以及波纹等。而在实际生产中影响切割质量的因素主要有：切割程序代码、原材料平面度及内应力、起收弧缺陷、切割速度、切割顺序、弧压高度等，这些因素控制不当都会产生质量缺陷，因此如何采取控制措施消除质量缺陷是我们需要解决的主要问题。（1）切割程序代码 数控等离子切割是通用数控程序代码来实现产品加工的，因此程序代码的正确与否，直接影响产品切割质量。在车间以往的切割生产中，曾发生过因程序代码错误和错误调用产生的质量问题。控制措施：解决这一问题就要从源头上加以控制，一是增加数控程序的校核过程，确保切割代码正确性；二是建立程序和图纸的资源库，减少因多次编制造成的错误概率增加；三是对程序进行统一编号，规范管理，如：利用物料代码的性对程序进行编码，可以避免因程序调用错误产生质量问题。（2）原材料的不平度和内应力 原材料的不平度和内在应力，对切割质量的影响非常大。目前车间使用的大部分原材料在切割前都要经过预处理线抛丸除锈和底漆喷涂，尤其是2~8mm的卷板，在经过抛丸处理以后，内部应力分布不均匀，板材会产生不同程度的变形，影响数控等离子切割的尺寸精度。控制措施：针对原材料不平度和内应力，可以在切割前，对原材料增加一道校平工序，进一步释放板材内在应力，一般将板材的平面度控制在≤2mm/m2，能够有效保证切割产品质量。（3）起收弧缺陷 起收弧缺陷是等离子切割件中常见的切割缺陷。起弧缺陷一般是由板料不平、工件切割过程中发生变形或位移，起弧线、补偿值设置不合理等原因造成的。由于板料不平，工件和母板脱离时会向下掉落，掉落瞬间会被等离子流灼伤，造成起弧缺陷。控制措施：根据实际情况设置提前收弧时间，使工件掉落时刚好停弧或者在编程时去掉引出线。另外对于工件切割过程中发生变形或位移，产生的起收弧微小缺陷可以通过设置四分之一圆弧的起收弧线来弥补。（4）切割速度 切割速度主要是影响切割断面的斜度和波纹。切割速度加快会导致切口斜度变大，过快会在切口处出现波纹和毛刺，甚至会无法切透或断弧。切割速度过慢也会出现毛刺，并会使切缝变宽，影响工件尺寸与质量，降低了切割效率。控制措施：数控等离子切割不同厚度的钢板时，需选择不同型号割嘴和耗材，同时也对应着不同的切割速度和切割参数设置。附表是本人针对精细等离子切割机整理的常用板材选择割嘴和切割速度。精细等离子常用板材切割速度图片（5）切割顺序 切割顺序的选择对于保证切割质量也非常关键。尤其是在多种配件数控套裁下料时，切割顺序的选择将影响整张板材的成品率。在车间D11配件生产中，就出现了因切割顺序选择不当造成母材变形产生位移，使后续产品无法完成切割情况。控制措施：切割顺序选择应遵循先内后外，先小后大的原则；即先切割工件内轮廓，后切割外轮廓；先切割母材中面积小的零件，后切割大尺寸的零件，可使尺寸大的零件周边的材料质量变轻，有利于减小大尺寸零件切割时产生的热变形偏差；此外，在能保证的切割质量的前提下，应尽量选择近的切割路线。（6）弧压高度控制 弧压高度是指在切割过程中等离子割炬与工件表面的高度距离，弧压的高度主要会影响工件切口的断面质量，因此弧压控制也很重要，控制不当会导致断弧或熔切不透。控制措施：在实际切割过程中 ,调整割炬高度与电弧压力：割炬高度一般应在 3～6mm 之间，根据实际板厚与板料的不平度情况微调割炬高度与电弧压力，在其他因素不变的情况下可减小切口的斜度，改善切口质量，减少断弧率，达到更加理想的效果。、3.结语综上所述，根据数控等离子切割工艺的特点和规律，通过采取得当措施就可减少切割缺陷、控制切割质量。总之，数控等离子切割机的切割质量控制除了以上提到的因素外还有其它影响因素，需要我们在实际操作中总结经验并不断改进。随着数控技术自动化、柔性化、集成化、高速化的发展，我们相信数控切割技术的应用会越来越广泛，而数控等离子切割技术也将会越来越完美。

随着等离子切割技术的不断发展，数控等离子切割机的使用越来越普遍。作为中小厚度板切割下料主要设备之一，数控等离子切割机具有操作简单、精确度高、工作效率高、劳动强度低等优点，被广泛应用于多个行业，如化工行业、汽车行业、机械行业、轨道交通行业等。对于采用传统切割方式难以切割的材料，可使用数控等离子切割机完成；从切割速度上，在切割中小厚度碳钢板时，数控等离子切割速度快于传统的火焰切割速度，同时切割面保持光洁且热变形情况好；从切割成本上，数控等离子切割成本远远低于激光切割成本。切割工作台的优化切割机自带的切割工作台有很多块隔板支撑，如图1所示，两隔板间距110mm，切割小件时往往会出现工件掉进隔板之间而无法拿出的情况，而且隔板为8mm×190mm×4600mm直平钢板，由于经常切割的原因，下面隔板氧化渣太多，影响正常切割，需经常清理或更换。切割工作台的优化方案及实施情况由于本行业产品结构和产品批次均不固定，为了节省材料，经常采用套料形式（即大料和小料配套排版），如何通过对等离子工作台的工艺创新提升等离子切割机的利用率和切割工作台的使用寿命，是我们目前需要解决的问题。图片图1 数控等离子切割机自带切割台针对此问题，对现有下料产品进行工艺分析并分类，挑选出小切割件，并确定小件尺寸，结合现场情况设计一套新的工作台，如图2所示。图片图2 数控等离子切割机优化后工作台模型图⑴具体方案。1)该平台按1500mm×3000mm的尺寸制作，可以多个平台组合使用；2)平台外框由4mm板材折成U形件，并组焊成长方形框架结构，确保框架的刚度，以防在吊运过程中变形；3)框架内部有2～3个由4mm 板折成的V形件，纵向倒扣在框架内，在纵梁上开3.5mm宽槽口，便于隔板的插入；4)隔板由1500mm×200mm板制成，将一边切割成锯齿形结构。⑵具体实施过程。1)根据设备参数及所需切割零件的大小，设计切割工作台的长、宽、高和隔板间距；2)根据设计图制作切割工作台；3)所有切割工作台零件均用数控切割机一次割出，尺寸精确，方便隔板的更换；4)切割工作台框架采用数控折弯机进行编程折弯，定位尺寸准确，成形度好；5)组焊切割工作台框架；6)将隔板插入切割工作台；7)将切割工作台放在原有切割工作台上，切割时将料放在活动切割工作台上进行切割，如图3所示。图片图3 数控等离子切割机优化后工作台实物图切割过程中路径优化由于板材的热胀冷缩效应，在切割过程中加工件与余料之间会产生相对移动，按加工件重量与余料重量的差别，产生相对移动可分为以下三种情况：⑴当加工件重量＞余料重量时，加工件不动，余料相对平台移动，不影响加工件的尺寸；⑵当加工件重量＜余料重量时，加工件相对平台移动，余料不动，加工件产生一定的偏差；⑶当加工件重量与余料重量相当时，加工件和余料相对平台都可能产生移动，影响加工件的尺寸。实践表明，加工件或余料相对平台产生的移动，使加工件产生的尺寸误差一般在0.3～4mm之间。工件单边的切割路径在数控等离子切割过程中选择合理的切割工艺，产生的变形量会有不同。在切割图4所示板材时，若选择A点为起弧点，切割方向和顺序为：A→D→C→B→A（图4a），当完成AD段的切割，加工DC段时，由于DC段余料窄，切割时高温使DC段余料产生线性伸长，CB段向外偏转，切割后使DC段尺寸缩小δ（图4b），δ 的大小与DC段的尺寸成正比。如果选择 A→B→C→D→A的切割顺序，工件经DA与母板分离，可有效减小切割变形。图片图4 工件单边的切割路径及变形情况图片图5 细长件切割图片图6 细长件两件配对切割细长件的变形控制对于图5细长件的切割，若按A→B→C→D→A，当切割DA段时，BC段的膨胀可阻止CD 段的膨胀，完成整体切割冷却后，DA段的收缩量要大于BC段的收缩量，使工件向DA侧弯曲。旁弯量δ的大小取决于加工件的长宽比Y/X，长宽比越大，旁弯量δ就越大。如果采用两件配对切割，如图6所示，选择A点为起弧点，切割方向和顺序：A→B→C→D→E→A→F。在完成DE段时，与母板分离相当于工件长宽比缩小一半，使旁弯量δ减小，当切割AF段时使工件两侧膨胀和收缩量相等，细长件旁弯变形能明显减小。异形件的切割工艺对于特殊件的切割（图7），综合上述的加工方法并针对不同异形件，可选择下列的切割工艺。图片图7 特殊件切割⑴对于凹形件采取两件配对切割的方法，先切割内边，后切割外边，由外向内使两件分开。切割顺序如图 8所示，内边：A1→B1→C1→D1→A1；外边：A→B→C→D→A，E→F、H→G。图片图8 凹形件两件配对切割⑵对于偏置中空件应采取两件配对切割，使两件分离。切割顺序如图9所示，内边：A1→B1→C1→D1→A1，A2→B2→C2→D2→A2，外边：A→B→C→D→A， E→F。图片图9 偏置中空件两件配对切割结论本工艺创新取得的有益效果如下:通过工艺创新,等离子切割机的利用率大大提升,工作台隔板更换方便且更换率降低一半,降低了更换成本。切割小件得到了满足,目前本工艺创新已广泛应用于铁路客车钢结构下料中,每辆车均有很多小件需要切割下料,提高了工效并且节约了大量成本。使用等离子切割时应注意以下问题:分析数控等离子切割机切割件变形规律及影响,在切割前进行适当的板材校平处理,合理地进行板材固定,防止在切割过程中加工件发生移动；编制切割程序时,选择合理的切割工艺,使工件的尺寸面与母板分离；对于切割细长件或异形件时,用两件配对切割等控制方法,可有效防止或减小切割件的变形。数控等离子切割在加工行业中无论从切割质量还是切割效益都优于火焰切割,配合不同的工作气体可切割各种金属,尤其对有色金属切割效果更佳。

数控等离子切割机加工速度 除了工作气体对切割质量有影响外，切割速度对数控等离子切割机的加工质量影响也是很重要的。切割速度：切割速度范围可按照设备说明选定或用试验来确定，由于材料的厚薄度，材质不同，熔点高低，热导率大小以及熔化后的表面张力等因素，切割速度也相应的变化。主要表现： 1.切割速度适度地提高能改善切口质量，即切口略有变窄，切口表面更平整，同时可减小变形。 2.切割速度过快使得切割的线力量低于所需的量值，切缝中射流不能快速将熔化的切割熔体立即吹掉而形成较大的后拖量，伴随着切口挂渣，切口表面质量下降。 3.当切割速度太低时，由于切割处是等离子弧的阳极，为了维持电弧自身的稳定，阳极斑点或阳极区必然要在离电弧近的切缝附近找到传导电流地方，同时会向射流的径向传递更多的热量，因此使切口变宽，切口两侧熔融的材料在底缘聚集并凝固，形成不易清理的挂渣，而且切口上缘因加热熔化过多而形成圆角。 4.当速度极低时，由于切口过宽，电弧甚至会熄灭。由此可见，良好的切割质量与切割速度是分不开的。