现代切割技术及其在工程机械制造中的应用-工程机械动态-manbetx体育

2007-08-16 23:28:51

现代切割技术及其在工程机械制造中的应用
在现代工业制造领域中，切割是应用量很大、应用面广泛的基础工艺之一，尤其是在工程机械制造行业，切割工作量占有很大的比重，切割的效率和质量将直接影响生产的效率和质量。
下面根据当前现代切割技术的现状，并结合重型厂切割技术在生产中的具体应用，对切割技术在工程机械中的选择应用要点作一简单介绍。
一、切割技术的现状、应用形式及技术经济性
近年来，国内外切割技术取得了突破性进展，从单一的氧乙炔火焰气割发展成为新型工业燃气火焰切割、等离子弧切割、激光切割、水射流切割等多能源、多种工艺方法在内的现代化切割技术，与此同时又将现代化控制技术与切割技术相结合，研究开发出新一代的全自动切割设备。
Ａ、现状
１、氧乙炔／新型燃气火焰切割
自１８９５年法国人ＬｅＣｈａｔｅｌｉｅｒ发明氧乙炔火焰，至１９００年Ｆｏｕｃｈ和Ｐｉｃａｒｄ制造出第一把氧乙炔割炬，氧乙炔火焰切割作为最古老的热切割技术至今仍是机械制造中的一种加工方法。由于乙炔生产的原料为电石，生产过程中会排出大量电石渣（１ｔ电石生成３．３ｔ电石渣）及ＨＳ、Ｓ０等有毒有害气体，严重污染环境，在制取溶解乙炔气同时又消耗大量重要化工原料丙酮，加大了生产成本。因此，近２０年来国内外有关研究机构及企业相继投入大量资金，开发研究成本低、安全、减少环境污染的新型燃气，目前国内己自主开发及引进了多种新型工业燃气代替乙炔用于工业火焰加工。同时与新型工业燃气相配套的割炬也相继投建成投产，各种割炬器种齐全。手工割炬切割厚度可达３５０ｍｍ，机用割炬切割厚度可达１８００ｍｍ。
２、等离子弧切割
等离子弧切割是８０年代中期发展起来的一种加工方法，当时主要是为解决不锈钢和有色金属的切割，先后开发了氩、氢、压缩空气、氮、氧等多种气体，一般等离子弧切割及水再压缩等离子切割等多种工艺方法，以适应不同的需要。
普通等离子电源输出电流为２０～２００Ａ，切割厚度可达３０ｍｍ以下；精细等离子电源输出电流最高可达ｌ００Ａ，切割厚度可达１２ｍｍ以下，其中精细等离子割缝宽０．６５～０．７５ｍｍ，与数控切割机配合可达±０．２ｍｍ的切割精度；水再压缩等离子电源输出电流最高可达１０００Ａ，切割厚度可达１３０ｍｍ以下。
目前，等离子弧切割机的割炬正朝着割缝精度接近激光精度的方向发展；小功率切割电源向逆变方向发展，以提高电源效率及电弧的收缩性；大功率切割电源向闸管方向发展，并采用一定的补偿措施以提高效率，从而提高切割速度，改善切割质量。近年来，随着等离子弧技术的发展，切割２０ｍｍ以下的碳钢和低合金钢，因其切割速度快，综合效益好，在工程机械制造业的应用有增长的趋势。
３、激光切割
激光切割的工业应用始于２０世纪７０年代初。由于其切割尺寸质量好、速度快、精度高、效率高等优点，在多种行业获得了广泛应用。随着激光器件功率等级、稳定性及可靠性的提高和加工技术的进步，其应用领域逐步扩大到各种金属和非金属板材的切割。据２００２年的统计表明：在世界激光工业应用范围内，激光切割所占比例最大，约为２４％。
４、水射流切割
水射流作为工业产品的精密加工手段，其特点是没有或很少热量释放，无热变形、无气体或蒸汽排出。该项切割技术的研究是从２０世纪６０年代开始，国外经过２０多年的研究和开发，制造出第一台高压水射流切割设备，使之能切割各种金属和陶瓷等材料。我国于９０年代开发研制出国产化的高压加磨料型水射流切割设备并用于生产。目前大部分水射流切割设备主要应用于非金属板材的切割。
Ｂ、应用形式
无论哪种切割技术，均有不同的应用形式，火焰、等离子、激光均有小型切割机械产品和数控坐标式切割机械产品。
其中，火焰切割技的小型切割机械最多，从通用的半自动气割机、仿形气割机、光电跟踪气割机到专用的型钢气割机、马鞍形气割机约２０多个种类，价格适宜，大、中、小企业都有条件配备，完全可以适合切割人员各种条件下切割生产。另外，还在小型切割机基础上加以改进，以完成Ｕ、Ｖ、Ｙ、Ｋ形坡口及球瓣坡口切割和相贯线切割等工艺要求。
坐标式数控切割机是我国切割行业发展最快的现代化切割设备之一，坐标式数控切割机以其良好的人机对话操作界面及强大的附助支持功能，并配有自动编程、套料等软件系统的支持，使数控切割机在生产上发挥了重要作用，业已成为我国生产制造企业切割加工的首选。
Ｃ、技术经济性比较
目前，热切割在工程机械行业应用广泛，而火焰、等离子、激光三种切割技术均属于热切割，其三种切割技术的技术经济性比较见下表。
技术经济性对比表
火焰切割机切割变形大、切割速度较低，切割前需预热，花费时间长，但可采用多割炬同时切割、易耗零件的使用寿命长。等离子切割虽可切割一切金属板材和许多非金属材料，最高切割速度可达１０ｍ／ｍｉｎ，是火焰切割的１０倍，但其切口宽度较大，除薄板外，切割面易“塌边”，对中厚板能够经济地进行切割。激光切割机价格虽昂贵，但对薄板及中厚板可实现高速度、高精度切割，同时能够实现无人化操作。
二、工程机械的制造工艺要求
工程机械在生产制造过程中，切割与焊接工件有其固有的特点：
１、工程用低碳钢、低合金高强度钢焊接件较多，装饰性不锈钢次之，有色金属和非金属很少。
２、年消耗钢材量大，以重型厂为例，最高吞吐量近１００００吨／月
３、碳钢焊接件多集中采用中厚板，例如２０ｍｍ以内的板材占重型厂钢材总消耗量的８０％以上。
４、工程机械制造工件具有特殊性：
Ａ、工件品种多，材料种类相对集中；
Ｂ、长条件占一定份量；
Ｃ、工件坡量大，坡口形式Ｕ、Ｖ、Ｙ、Ｋ各异，没有规律性；
Ｄ、部分工件形状复杂、精度要求高。
三、切割技术在工程机械的应用情况
针对工程机械的切割对象的工艺要求，结合各种切割技术的特点，使工程机械制造业在选用各种切割技术、切割设备时有了目的性：
１）水射流切割因首次投资大、建造繁琐，且为精密加工手段，目前不适合用于工程机械的金属切割外，其余三种切割技术均可用在工程机械制造业。
２）工程机械制造业的切割设备主要采用机械化、自动化的门架式数控切割设备，辅以小型切割设备。
为提高切割效率、材料利用率、满足年钢材量的切割需求，工程机械制造业需主要采用机械化、自动化的坐标式数控设备为下料手段，这样即节约了人力、又大大减少了二次加工。近几年，重型厂因持续发展，工艺改造加快，加工手段也经历着跨越式发展，由原来落后的二次加工、多头火焰切割向数控切割技术发展。目前，该厂拥有数控坐标式设备已达１３台之多，同时辅以少量的小型气割和剪切割设备，以消化料头、料边，提高材料利用率、解决小零件的下料。
３）等离子与激光切割设备应在工程机械制造业中占一定比例。
因工程机械中厚板应用较多、长条形工件易变形，为提高效率和质量、提高生产综合效益，再加上部分工件外形复杂、精度要求高，工程机械制造业对切割技术的选用将需加大等离子切割、激光切割设备的配置比例。为适应切割对象的工艺要求，重型厂近年来大力推广了等离子、激光切割技术，等离子切割与激光切割设备比例已达７０％左右，另外，还针对国内外切割技术的成熟程度，对所选设备有选择地确定国内采购或进口。
４）工程机械制造中应选用一定量的小型火焰切割和等离子切割设备，以便坡口加工及薄板的整形工作。同时，在坐标式数控切割机上考虑增加坡口切割功能。
５）在火焰切割的应用方面应大力推广采用国家推荐使用的新型工业燃气，并应用液氧代替瓶装氧。
徐州重型厂早在９０年代初就以氧丙烷气割代替了氧乙炔气割，近年来又进行了罐装液氧和罐装丙烷的技术改造，大大提高了切割质量和效率，减少了安全隐患，节约了成本，节省了材料。
四、结语
在切割技术“满园芬芳”的今天，工程机械制造业的切割设备也将不再是“一枝独秀”。近几年，该厂已形成小型切割设备与门架式数控切割设备兼备、火焰切割技术与等离子、激光切割技术兼容的格局。
从重型厂的切割技术的应用情况可看出，工程机械在选用切割技术、切割设备时应注意以下几个方面：
首先，需明确加工对象。譬如：切割材料、厚度、工件的工艺特殊性等，另外还需了解公司对所选用设备的效率要求；
其次，需了解国内外的切割技术发展情况、成熟程度，了解各种切割技术的优缺点，分析综合效益。
第三，选定切割技术，提出特殊要求。
第四，在先进切割技术推广应用的同时应做到环保、安全、节能、节材，加大相关新技术、新工艺的推广应用。

原作者：徐州重型机械厂樊凤琴刘龙全
来源：徐州工程机械杂志

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