數(shù)控火焰切割件切割變形的工藝控制

1、數(shù)控火焰切割件切割變形的工藝控制0 引言數(shù)控火焰切割機(jī)的控制系統(tǒng)是數(shù)控系統(tǒng)， 主要切割部分使用 的是氧氣加丙烷等氣體， 然后對(duì)金屬材料實(shí)施切割處理。 工作原 理是使氣體達(dá)到金屬材料的燃點(diǎn)，將其進(jìn)行熔化后進(jìn)行切割分 離，然后在通入高壓氧氣，將殘?jiān)档?，切口產(chǎn)生 1 。由于這 種加工方式能夠切割的鋼板比較后、 成本非常低， 所以被廣泛使 用在各種機(jī)車車輛行業(yè)。但是，由于火焰的溫度非常高，切割鋼 板會(huì)產(chǎn)生較大變形量， 因此，必須要研究出如何避免變形的出現(xiàn)， 才能夠從根本上提高質(zhì)量。1 產(chǎn)生變形的原因 金屬材料在進(jìn)行火焰切割加工時(shí)產(chǎn)生變形的主要原因如下：（1）金屬材料在軋制或開卷時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生比較大的內(nèi)

2、應(yīng)力；（2）金屬材料在進(jìn)行切割處理時(shí)，局部受熱加速，材料沿 切割方向迅速膨脹， 火焰周圍也會(huì)急速膨脹， 切口處會(huì)形成較大 應(yīng)力，且難以消除，如果應(yīng)力超過(guò)材料本身的趨勢(shì)強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn) 生塑性變形；（3）冷卻過(guò)程中，金屬材料在切割時(shí)由于溫度變化會(huì)產(chǎn)生 變形，周圍母材會(huì)形成比較大拉應(yīng)力。 由于這種受熱和冷卻的不 均勻性， 材料的內(nèi)部應(yīng)力不可能全部抵消， 正是由于這種內(nèi)部應(yīng) 力的產(chǎn)生， 導(dǎo)致整個(gè)零件會(huì)產(chǎn)生不同程度形變， 零件整體尺寸會(huì) 發(fā)生變化，表現(xiàn)也會(huì)出現(xiàn)不同形狀的 ?化。2 切割變形分析及控制出口澳大利亞PN公司的零件非常多，從實(shí)際切割過(guò)程入手， 仔細(xì)分析出發(fā)生變形的主要原因， 進(jìn)一步提高工藝水平，

3、 有效控 制變形量是生產(chǎn)的目標(biāo)。2.1 單一規(guī)則零件的切割以PN機(jī)車構(gòu)架上的某一零件為例，該零件的厚度為10mm該零件形狀非常規(guī)則， 可以使用幾個(gè)割嘴同時(shí)進(jìn)行切割， 零件的 寬度方向尺寸比長(zhǎng)度大。 圖 1 中 1-A 模型中所說(shuō)明的是三只割嘴 同時(shí)工作的數(shù)控程序， 箭頭方向即割嘴走向， 虛線則為割嘴的空 程。每只割嘴切割完A的所有孔之后從a點(diǎn)引入后進(jìn)行A出的外 表面切割，然后在將B出所有孔切割完成，再?gòu)腷點(diǎn)切割B處的 外表面。事實(shí)表明， 按照這個(gè)切割程序所完成的零件， 大部分都會(huì)形 成一定的變形， 主要的表現(xiàn)形式是孔中心線處較之圖紙尺寸發(fā)生 偏移，最大偏移量為 4mm。產(chǎn)生這種情況主要是因?yàn)榱?/p>

4、件長(zhǎng)寬比例比較大， 長(zhǎng)邊受熱后 內(nèi)部應(yīng)力不平衡導(dǎo)致出現(xiàn)變形。圖 1中，a點(diǎn)開始切割A(yù),鋼板 靜止不動(dòng)， 零件邊緣處的邊 1 和邊 2 內(nèi)部應(yīng)力基本平衡， 零件此 時(shí)沒有變形。但是在進(jìn)行邊3處的B切割時(shí)，因?yàn)?與3距離非 常近，所以進(jìn)行 3 處切割的時(shí)候 2 同時(shí)被加熱， 此時(shí)的邊 2 與邊 1 內(nèi)部應(yīng)力就出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，邊 1 處的應(yīng)力會(huì)迫使整個(gè)邊 1 進(jìn)行收縮，鋼板框架就會(huì)整體偏移，割嘴慢慢切割零件下端時(shí)， 加上之前的孔已經(jīng)移動(dòng)，就會(huì)形成如圖 3 所示的變形。經(jīng)過(guò)上述分析得出，使用圖1中1-B進(jìn)行切割時(shí)，A和B可 以當(dāng)做是一個(gè)整體， 先加工內(nèi)孔， 然后按照 1-7 的順序?qū)⒘慵?有邊進(jìn)行

5、切割，邊4是共用邊。如此一來(lái)，切割 B后，邊2與邊 4內(nèi)部應(yīng)力相同，切割 A時(shí)，邊4與邊6內(nèi)部應(yīng)力相同，鋼板框 架不會(huì)因?yàn)榍懈顟?yīng)力發(fā)生形變， 這就保證了整個(gè)零件的尺寸準(zhǔn)確 性。長(zhǎng)方形板料是一種比較常見的長(zhǎng)寬比比較大的規(guī)則形狀的 零件，使用常規(guī)切割方法會(huì)出現(xiàn)旁彎現(xiàn)象， 因此可以使用如下加 工方法：多割嘴一起工作，先將長(zhǎng)邊進(jìn)行切割，待鋼板溫度下降 至常溫后在進(jìn)行短邊切割。如果兩次切割中的火焰強(qiáng)度偏差不 大，零件兩個(gè)長(zhǎng)度方向同時(shí)受熱，所以就不會(huì)發(fā)生變形情況。2.2 單一異形零件的切割以PN機(jī)車車架中的某零件為例，其厚度為6mm異形件且外形比較大。 要想提高此類零件的材料利用率， 就會(huì)選擇套料的 方法

6、進(jìn)行加工。 圖 1 中 3-A 是常規(guī)數(shù)控程序， 每只割嘴從 a 點(diǎn)引 入進(jìn)行A的加工，然后以b點(diǎn)開始加工B。大量事實(shí)表明，此種 加工方法變形率基本會(huì)維持在 50%左右，因?yàn)樵摪宀暮穸缺容^薄， 所以其整個(gè)變形量會(huì)高達(dá) 5-7mm形成這種現(xiàn)象的主要原因是： A出切割時(shí)，后續(xù)加工的邊 2較之先加工的邊1長(zhǎng)度較大，因此 邊 2 處的內(nèi)應(yīng)力會(huì)大于邊 1 處，而又因?yàn)檫?2 是凹邊， 所以凸邊 會(huì)阻止一部分變形的發(fā)生， 綜合應(yīng)力影響之下， 零件變形不大且 框架不會(huì)出現(xiàn)偏移；B邊切割時(shí)，后續(xù)加工的邊 4應(yīng)力較之先鉗 工的邊 3 要小很多， 而鋼板凸邊只能阻止邊 3 處的部分變形， 這 就導(dǎo)致整個(gè)工件出現(xiàn)比

7、較大的變形量。經(jīng)過(guò)上述分析，使用圖 1 中的 3-B 切割模型， A 處程序保持 不變，進(jìn)行B處加工時(shí)，b點(diǎn)引入，逆時(shí)針切割，此時(shí) B處的綜 合應(yīng)力不大，此處變形量較小。不管零件形狀如何，只要是零件 比較長(zhǎng)且尺寸比較大時(shí)， 間斷切割法是保證變形量在可控范圍內(nèi) 的最佳加工方式。 此種方法主要是在零件周邊事先設(shè)置一些不需 要加工的點(diǎn)，用來(lái)將零件連接，避免出現(xiàn)較大變形量，待工件冷 卻后再進(jìn)行加工。2.3 多零件套料切割如果在一張較大的板材上進(jìn)行多出切割， 一般會(huì)進(jìn)行套料加 工，此時(shí)因此板料變形的因素就比較負(fù)責(zé)。 要想使得內(nèi)部應(yīng)力不 大，方向和順序要控制的好。2.3.1 切割方向 切割方向選擇好的話可

8、以保證最后切割一側(cè)能夠有效分離板材。如果切割過(guò)早或者鋼板大部分已經(jīng)分離出去， 周邊框架內(nèi) 部應(yīng)力就不會(huì)消除， 最終導(dǎo)致整個(gè)框架的變形， 關(guān)鍵尺寸也無(wú)法 保證。2.3.2 切割順序切割順序?qū)τ谇懈钭冃蔚挠绊懛浅４螅?經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總 結(jié)出，通常會(huì)按照“先內(nèi)后外、先小后大、先圓后方”的加工方 式 2 。先內(nèi)后外就是指先進(jìn)行板料內(nèi)部零件的切割；先小后大 是指先加工尺寸小的零件， 此時(shí)熱量不大， 不能對(duì)零件產(chǎn)生影響； 先圓后方是指先進(jìn)行圓形的加工， 熱量會(huì)均勻傳遞， 內(nèi)部應(yīng)力保 持平衡。2.3.3應(yīng)用SigmaNEST套料軟件SigmaNEST中包含有先進(jìn)的自動(dòng)套料程序、加工軌跡最佳選 擇以及自動(dòng)化管理的自動(dòng)套料軟件。 在避免變形中， 具有非常多 的方法可以選擇，如留割、搭橋、最小熱量法等等。留割是指尺 寸較大部分的零件一般要保留 15-30mm部分，與母材連接，避免 出現(xiàn)較大變形量； 搭橋是指套料完成后， 零件之間單獨(dú)設(shè)置一些 橋，將相鄰零件當(dāng)做一個(gè)整體，保證連接作用，避免出現(xiàn)變形現(xiàn) 象；最小熱量法是軟件中會(huì)自動(dòng)選擇產(chǎn)生熱量最小的行走路線， 而實(shí)際應(yīng)