現代切割技術(shù)及其在工程機械制造中的應用

　　在現代工業(yè)制造領(lǐng)域中，切割是應用量很大、應用面廣泛的基礎工藝之一，尤其是在工程機械制造行業(yè)，切割工作量占有很大的比重，切割的效率和質(zhì)量將直接影響生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。

　　下面根據當前現代切割技術(shù)的現狀，并結合重型廠(chǎng)切割技術(shù)在生產(chǎn)中的具體應用，對切割技術(shù)在工程機械中的選擇應用要點(diǎn)作一簡(jiǎn)單介紹。

　　一、切割技術(shù)的現狀、應用形式及技術(shù)經(jīng)濟性

　　近年來(lái)，國內外切割技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，從單一的氧乙炔火焰氣割發(fā)展成為新型工業(yè)燃氣火焰切割、等離子弧切割、激光切割、水射流切割等多能源、多種工藝方法在內的現代化切割技術(shù)，與此同時(shí)又將現代化控制技術(shù)與切割技術(shù)相結合，研究開(kāi)發(fā)出新一代的全自動(dòng)切割設備。

　　A、現狀

　　1、氧乙炔/新型燃氣火焰切割

　　自1895年法國人LeChatelier發(fā)明氧乙炔火焰，至1900年Fouch和Picard制造出第一把氧乙炔割炬，氧乙炔火焰切割作為最古老的熱切割技術(shù)至今仍是機械制造中的一種加工方法。由于乙炔生產(chǎn)的原料為電石，生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )排出大量電石渣(1t電石生成3.3t電石渣)及HS、S0等有毒有害氣體，嚴重污染環(huán)境，在制取溶解乙炔氣同時(shí)又消耗大量重要化工原料丙酮，加大了生產(chǎn)成本。因此，近20年來(lái)國內外有關(guān)研究機構及企業(yè)相繼投入大量資金，開(kāi)發(fā)研究成本低、安全、減少環(huán)境污染的新型燃氣，目前國內己自主開(kāi)發(fā)及引進(jìn)了多種新型工業(yè)燃氣代替乙炔用于工業(yè)火焰加工。同時(shí)與新型工業(yè)燃氣相配套的割炬也相繼投建成投產(chǎn)，各種割炬器種齊全。手工割炬切割厚度可達350mm，機用割炬切割厚度可達1800mm。

　　2、等離子弧切割

　　等離子弧切割是80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種加工方法，當時(shí)主要是為解決不銹鋼和有色金屬的切割，先后開(kāi)發(fā)了氬、氫、壓縮空氣、氮、氧等多種氣體，一般等離子弧切割及水再壓縮等離子切割等多種工藝方法，以適應不同的需要。

　　普通等離子電源輸出電流為20～200A，切割厚度可達30mm以下;精細等離子電源輸出電流最高可達l00A，切割厚度可達12mm以下，其中精細等離子割縫寬0.65～0.75mm，與數控切割機配合可達±0.2mm的切割精度;水再壓縮等離子電源輸出電流最高可達1000A，切割厚度可達130mm以下。

　　目前，等離子弧切割機的割炬正朝著(zhù)割縫精度接近激光精度的方向發(fā)展;小功率切割電源向逆變方向發(fā)展，以提高電源效率及電弧的收縮性;大功率切割電源向閘管方向發(fā)展，并采用一定的補償措施以提高效率，從而提高切割速度，改善切割質(zhì)量。近年來(lái)，隨著(zhù)等離子弧技術(shù)的發(fā)展，切割20mm以下的碳鋼和低合金鋼，因其切割速度快，綜合效益好，在工程機械制造業(yè)的應用有增長(cháng)的趨勢。

　　3、激光切割

　　激光切割的工業(yè)應用始于20世紀70年代初。由于其切割尺寸質(zhì)量好、速度快、精度高、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在多種行業(yè)獲得了廣泛應用。隨著(zhù)激光器件功率等級、穩定性及可靠性的提高和加工技術(shù)的進(jìn)步，其應用領(lǐng)域逐步擴大到各種金屬和非金屬板材的切割。據2002年的統計表明：在世界激光工業(yè)應用范圍內，激光切割所占比例最大，約為24%。

　　4、水射流切割

　　水射流作為工業(yè)產(chǎn)品的精密加工手段，其特點(diǎn)是沒(méi)有或很少熱量釋放，無(wú)熱變形、無(wú)氣體或蒸汽排出。該項切割技術(shù)的研究是從20世紀60年代開(kāi)始，國外經(jīng)過(guò)20多年的研究和開(kāi)發(fā)，制造出第一臺高壓水射流切割設備，使之能切割各種金屬和陶瓷等材料。我國于90年代開(kāi)發(fā)研制出國產(chǎn)化的高壓加磨料型水射流切割設備并用于生產(chǎn)。目前大部分水射流切割設備主要應用于非金屬板材的切割。

　　B、應用形式

　　無(wú)論哪種切割技術(shù)，均有不同的應用形式，火焰、等離子、激光均有小型切割機械產(chǎn)品和數控坐標式切割機械產(chǎn)品。

　　其中，火焰切割技的小型切割機械最多，從通用的半自動(dòng)氣割機、仿形氣割機、光電跟蹤氣割機到專(zhuān)用的型鋼氣割機、馬鞍形氣割機約20多個(gè)種類(lèi)，價(jià)格適宜，大、中、小企業(yè)都有條件配備，完全可以適合切割人員各種條件下切割生產(chǎn)。另外，還在小型切割機基礎上加以改進(jìn)，以完成U、V、Y、K形坡口及球瓣坡口切割和相貫線(xiàn)切割等工藝要求。

　　坐標式數控切割機是我國切割行業(yè)發(fā)展最快的現代化切割設備之一，坐標式數控切割機以其良好的人機對話(huà)操作界面及強大的附助支持功能，并配有自動(dòng)編程、套料等軟件系統的支持，使數控切割機在生產(chǎn)上發(fā)揮了重要作用，業(yè)已成為我國生產(chǎn)制造企業(yè)切割加工的首選。

　　C、技術(shù)經(jīng)濟性比較

　　目前，熱切割在工程機械行業(yè)應用廣泛，而火焰、等離子、激光三種切割技術(shù)均屬于熱切割，其三種切割技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟性比較見(jiàn)下表。

　　技術(shù)經(jīng)濟性對比表

　　火焰切割機切割變形大、切割速度較低，切割前需預熱，花費時(shí)間長(cháng)，但可采用多割炬同時(shí)切割、易耗零件的使用壽命長(cháng)。等離子切割雖可切割一切金屬板材和許多非金屬材料，最高切割速度可達10m/min，是火焰切割的10倍，但其切口寬度較大，除薄板外，切割面易“塌邊”，對中厚板能夠經(jīng)濟地進(jìn)行切割。激光切割機價(jià)格雖昂貴，但對薄板及中厚板可實(shí)現高速度、高精度切割，同時(shí)能夠實(shí)現無(wú)人化操作。

　　二、工程機械的制造工藝要求

　　工程機械在生產(chǎn)制造過(guò)程中，切割與焊接工件有其固有的特點(diǎn)：

　　1、工程用低碳鋼、低合金高強度鋼焊接件較多，裝飾性不銹鋼次之，有色金屬和非金屬很少。

　　2、年消耗鋼材量大，以重型廠(chǎng)為例，最高吞吐量近10000噸/月

　　3、碳鋼焊接件多集中采用中厚板，例如20mm以?xún)鹊陌宀恼贾匦蛷S(chǎng)鋼材總消耗量的80%以上。

　　4、工程機械制造工件具有特殊性：

　　A、工件品種多，材料種類(lèi)相對集中;

　　B、長(cháng)條件占一定份量;

　　C、工件坡量大，坡口形式U、V、Y、K各異，沒(méi)有規律性;

　　D、部分工件形狀復雜、精度要求高。

　　三、切割技術(shù)在工程機械的應用情況

　　針對工程機械的切割對象的工藝要求，結合各種切割技術(shù)的特點(diǎn)，使工程機械制造業(yè)在選用各種切割技術(shù)、切割設備時(shí)有了目的性：

　　1)水射流切割因首次投資大、建造繁瑣，且為精密加工手段，目前不適合用于工程機械的金屬切割外，其余三種切割技術(shù)均可用在工程機械制造業(yè)。

　　2)工程機械制造業(yè)的切割設備主要采用機械化、自動(dòng)化的門(mén)架式數控切割設備，輔以小型切割設備。

　　為提高切割效率、材料利用率、滿(mǎn)足年鋼材量的切割需求，工程機械制造業(yè)需主要采用機械化、自動(dòng)化的坐標式數控設備為下料手段，這樣即節約了人力、又大大減少了二次加工。近幾年，重型廠(chǎng)因持續發(fā)展，工藝改造加快，加工手段也經(jīng)歷著(zhù)跨越式發(fā)展，由原來(lái)落后的二次加工、多頭火焰切割向數控切割技術(shù)發(fā)展。目前，該廠(chǎng)擁有數控坐標式設備已達13臺之多，同時(shí)輔以少量的小型氣割和剪切割設備，以消化料頭、料邊，提高材料利用率、解決小零件的下料。

　　3)等離子與激光切割設備應在工程機械制造業(yè)中占一定比例。

　　因工程機械中厚板應用較多、長(cháng)條形工件易變形，為提高效率和質(zhì)量、提高生產(chǎn)綜合效益，再加上部分工件外形復雜、精度要求高，工程機械制造業(yè)對切割技術(shù)的選用將需加大等離子切割、激光切割設備的配置比例。為適應切割對象的工藝要求，重型廠(chǎng)近年來(lái)大力推廣了等離子、激光切割技術(shù)，等離子切割與激光切割設備比例已達70%左右，另外，還針對國內外切割技術(shù)的成熟程度，對所選設備有選擇地確定國內采購或進(jìn)口。

　　4)工程機械制造中應選用一定量的小型火焰切割和等離子切割設備，以便坡口加工及薄板的整形工作。同時(shí)，在坐標式數控切割機上考慮增加坡口切割功能。

　　5)在火焰切割的應用方面應大力推廣采用國家推薦使用的新型工業(yè)燃氣，并應用液氧代替瓶裝氧。

　　徐州重型廠(chǎng)早在90年代初就以氧丙烷氣割代替了氧乙炔氣割，近年來(lái)又進(jìn)行了罐裝液氧和罐裝丙烷的技術(shù)改造，大大提高了切割質(zhì)量和效率，減少了安全隱患，節約了成本，節省了材料。

　　四、結語(yǔ)

　　在切割技術(shù)“滿(mǎn)園芬芳”的今天，工程機械制造業(yè)的切割設備也將不再是“一枝獨秀”。近幾年，該廠(chǎng)已形成小型切割設備與門(mén)架式數控切割設備兼備、火焰切割技術(shù)與等離子、激光切割技術(shù)兼容的格局。

　　從重型廠(chǎng)的切割技術(shù)的應用情況可看出，工程機械在選用切割技術(shù)、切割設備時(shí)應注意以下幾個(gè)方面：

　　首先，需明確加工對象。譬如：切割材料、厚度、工件的工藝特殊性等，另外還需了解公司對所選用設備的效率要求;

　　其次，需了解國內外的切割技術(shù)發(fā)展情況、成熟程度，了解各種切割技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，分析綜合效益。

　　第三，選定切割技術(shù)，提出特殊要求。

　　第四，在先進(jìn)切割技術(shù)推廣應用的同時(shí)應做到環(huán)保、安全、節能、節材，加大相關(guān)新技術(shù)、新工藝的推廣應用。

　　原作者： 徐州重型機械廠(chǎng) 樊鳳琴 劉龍全

　　來(lái) 源： 徐州工程機械雜志

　　本文來(lái)源：中國路面機械網(wǎng)