数控火焰切割件切割变形的工艺建设流程

1、数控火焰切割件切割变形的工艺建设流程0 引言数控火焰切割机是一种使用数控系统控制切割系统，利用氧气加丙烷等燃烧气体对金属材料进行切割的设备。切割过程利用气体火焰将金属材料加热到燃点，在金属材料燃烧熔化的同时，利用高速氧气流将熔渣吹除，从而形成切口【1】。由于可切割厚度大、切割成本低，数控火焰切割机广泛应用于机车车辆等行业。但是，火焰切割的热影响区较大，所以切割变形大的问题经常存在且难以避免，探索出有效控制变形的方法，是提高火焰切割质量的重要手段。1 产生切割变形的理论分析金属板材在火焰切割时产生切割变形，主要有以下三方面的原因：（1）金属板材在轧制或开卷过程中难免存在分布不均匀的残余内应力；（

2、2）金属板材在切割过程中，受局部高温热源的影响，沿切割方向急剧膨胀，而周围母材金属又会限制这种膨胀，从而在切口边缘产生不可抵消的应力，当应力超过金属的屈服强度时，就产生压缩塑性变形；（3）在冷却过程中，金属板材沿切割方向产生一定的收缩变形，同时受周围母材金属的限制，材料内部会产生一定的拉应力。由于这种不均匀的加热和冷却，材料内部的应力不可能平衡和完全消除，所以在材料内部应力的作用下，被切割的零件会发生不同程度热变形，表现为零件形状扭曲和尺寸偏差。影响切割变形的因素主要有切割速度、割嘴的型号及其高度、切割程序等。根据板材厚度选择合适的切割速度和割嘴型号，控制好割嘴与板材之间的距离，能有效控制热输

3、入量，减少切割变形。切割程序的合理与否，直接影响着切割质量。2 切割变形分析及控制从出口澳大利亚PN机车制造过程中几种零件的切割变形实际出发，分析这几种不同形状特征的零件产生切割变形的原因，优化切割工艺，达到有效控制切割变形的目的。2.1 单一规则零件的切割以PN机车构架上某零件的切割为例，该零件板厚为10mm，其特点是外形比较规则，可采用多只割嘴同时切割，同时零件的长宽比比较大。图1中1-A模型所示为三只割嘴同时切割该零件的常规程序，箭头方向为割嘴的运行方向，虚线为切割空程。每只割嘴切割完A的所有孔之后从a点引入切割A的外形，然后切割B的所有孔lunwen. 1KEJI AN. COMlun

4、wen. 1KEJI AN. COM提供论文和论文发表服务,欢迎您的光临，再从b点引入切割B的外形。实践证明，按该程序切割出的零件，大部分会有不同程度的变形，表现在零件上是实际的孔中心线的一端偏离理论位置，最大偏离量达4mm（图2）。分析变形的原因，主要是因为零件长宽比比较大，长边的热应力不均衡引起变形。图1中，从a点起沿边1切割A时，钢板处于静止状态，钢板框架上边1和边2上的热应力基本是平衡的，零件基本不产生变形。但沿边3切割B时，由于边2离边3很近，所以切割边3的过程也是加热边2的过程，这时边2和边1的所受的热应力就不平衡了，所有边1上的应力之和使所有的边1同时收缩，从而使钢板框架向右偏移

5、，导致割嘴割至下端时，之前割好的孔已随框架发生位移，从而出现图3所示的偏差。基于以上分析，改用图1中1-B所示切割模型，该模型将A和B看作整体，先切割所有内孔，然后依次按照1-7的顺序依次切割各边，其中边4为共用边。这样在切割完B时，边2与边4上应力相平衡，切割A时，边4与边6上的应力也基本平衡，钢板框架不会偏移，从而能保证所有孔的位置的准确度。图1 单一规则零件切割模型图2 零件变形示意图细长直条是一种特殊的长宽比比较大的规则零件，用常规方法切割时常常出现旁弯现象，为此可采取以下切割技巧：多割嘴同时切割，先切割稍大于零件长度的直线条，待钢板冷却后，再沿宽度方向切割所需要的长度。在各割嘴火焰强

6、度基本一致的情况下，零件长度方向的两边是同时受热的，因此不会出现旁弯。2.2 单一异形零件的切割以PN机车车架上某零件的切割为例，该零件厚度为6mm，其特点是外形不规则且尺寸较大。切割这类零件时，为提高板材利用率，常采用套料的方式。图3中3-A为常规的切割程序模型，每只割嘴先从a点引入切割A，再从b点引入切割B。实践结果表明，有近50%的零件会产生旁弯变形，而且由于该零件板料较薄，所以最大变形量可达5-7mm。分析其变形原因：切割A时，后切割的边2轮廓长度大于先切割的边1的长度，所以边2上的收缩应力超过了边1上应力的作用，同时因为边2轮廓是凹边，所以钢板的凸边对边2的收缩有一定的阻碍作用，在合

7、应力的作用下，零件变形较小且钢板框架基本没有位移；切割B时，先切割的边3产生的应力比很大，后切割的边4上的应力，以及钢板凸边对边3的阻碍作用，只能抵消很小一部分边3上的应力，所以零件变形比较大。基于以上分析，改用图3中3-B所示切割模型，A的切割程序不变，切割B时，从b点引入，逆时针切割，这样lunwen. 1KEJI AN. COMlunwen. 1KEJI AN. COM提供论文和论文发表服务,欢迎您的光临就保证了作用在B上的合应力最小，从而最大限度地控制变形。无论是规则零件还是异形零件，如果零件较长且尺寸较大时，采用间断切割法，是一种有效控制切割变形的方法。间断切割法是在零件的周边上设置

8、一些暂时不切割的点，用以连接切割零件与钢板，防止零件变形，等钢板冷却后再断开这些点。切割变形不仅与切割零件的形状有关外，还与钢板的厚度、切割零件在钢板上的位置、以及切割零件和钢板的相对大（下转第24页）（上接第62页）小有关。一般来讲，钢板越薄，切割变形越大；切割零件离钢板中心越近，变形越小；切割零件相对钢板越大，变形越大。图3 单一异形零件切割模型2.3 多零件套料切割当一张板上切割多种零件时，需要对整张板进行套料切割，影响切割变形的因素也变得很复杂。要能平衡变形应力，切割方向和切割顺序就显得尤为重要。2.3.1 切割方向合理的切割方向应该是要保证最后切割的一边与钢板的大部分分离。如果切割零

9、件过早和钢板的大部分分离，那么周边的框架因为太轻而不能够抵消切割时产生的热应力，造成切割零件的变形或者板材框架的位移，从而出现尺寸超差。2.3.2 切割顺序合理的切割顺序也是控制切割变形的有效措施，经过大量探索实践，一般应该遵守先内后外、先小后大、先圆后方;的原则【2】。先内后外，即先切割零件的内轮廓或者内轮廓中嵌套的零件；先小后大，即先切割小尺寸零件，产生的热量相对较小，对零件影响也小；先圆后方，即先切割圆形孔或者圆形零件，使产生的热量辐射向外传递，钢板内部的应力相对比较平衡。2.3.3 应用SigmaNEST套料软件SigmaNEST软件是一款融合了先进自动套料技术、加工轨迹优化技术和自动

10、化管理技术的自动套料软件。在控制切割热变形方面，该软件有留割、搭桥、工艺筋、最小热量法等几种方法。留割是在大尺寸零件的边lunwen. 1KEJI AN. COMlunwen. 1KEJI AN. COM提供论文和论文发表服务,欢迎您的光临上留几段15-30mm的桥不切割，使之与母板相连，以牵制零件收缩变形；搭桥是在套料完成后，在零件之间增加一定宽度的桥，将相邻零件看作一个整体切割，达到相互牵制、降低变形的目的；工艺筋是在零件内部的大开孔上预留一定宽度的工艺拉筋，用于减小零件内孔的收缩；最小热量法是SigmaNEST软件中，按照最小热变形量设定的切割路径，实际编程中，也可以根据套料情况更改切割路径，降低变形量。3 结语数