等离子连续借边切割技术与应用

　　中国北车公司齐齐哈尔轨道装备有限责任公司（161002）王立文李信义邸超等离子切割技术，与激光切割、水射流切割、数控转塔冲均为柔性的板料制造技术，但等离子切割因其效率高、运行成本低、技术更加成熟，在板材制造行业应用非常广泛。作为一种制造技术，在满足质量要求的前提下，如何提高效率、降低成本，是衡量该技术优劣的关键。等离子切割常用工艺方法为单件封闭切割，此外还有连续切割、桥切及共边切割等方法，较单件封闭切割可以提高效率和材料利用率，但往往由于材料状态、编程技巧、设备精度等原因，容易造成废品和不良品，使用效果不理想。笔者通过多年等离子切割实践，摸索出连续借边切割工艺，并取得了较好的技术经济效益。

　　1常规切割工艺中的生产效率与材料成本分析生产效率主要是指单位时间完成的工作量。

　　这里是指完成一个完整切割程序的单位时间。包括上下料时间、对枪时间、切割时的空程时间和等离子切割时间。等离子切割时，由于工作台面积较大，上下料与切割过程可以同时进行，所以上下料时间可以忽略。

　　对枪与切割行走空程时，等离子行走速度为6000mm/min以上，且行程比较短，可见对枪时间与空程时间对切割效率影响不大，对切割效率起决定作用的是实际切割时间。实际切割时间=切割距离（工件轮廓长度）/切割速度（板厚一定时，切割速度相对固定），因此对切割效率起到作用的是切割行走距离。

　　材料成本主要看材料利用率。影响材料利用率的主要是废料边值与零件间距，其中起决定作用的是零件间距。零件间距设定，常规切割方法是根据材料的材质、板厚与割具上割缝的大小而定，切割时一般设定为10mm左右，已经是最小值了。零件间距过近，则会在切割过程中切伤邻近工件或由于板料不平零件弹起发生刮枪现象。

　　经上述分析认为：提高生产效率最直接有效的办法是减少切割距离；节约材料成本、提高板材利用率最直接有效的办法是减少零件间距。

　　2连续借边切割工艺借边切割就是相临的两工件之间不留零件间距，共用一个公用边，这样在切割时由于没有了零件间隙距离，节省了材料，同时也减少了切割长度。综合以上分析结果，突破传统的切割模式，采用借边切割的工艺方法是提高效率与减小切割成本的最佳的选择。

　　2.1借边切割的基本模式与适用范围借边连续切割的基本方法如所示。其适用于一个或几个零件可以共用一个轮廓，并且共用之后的新轮廓，能在排样优化过程中，实现合理排样。

　　2.2借边切割工艺控制要点2.2.1变形控制方面等离子切割选择切割方向与起弧位置来控制变形，其原则如下当加工件质量远小于母材上剩余板料，应尽量保证切割下来的工件，最后的一条切割边（收弧点）应最后从母材大板上分离出来。如果过早地与母材分离，则在切割过程中，由于从母材上过早分离下来的那部分材料的质量远不如母材大板的质量，则热变形应力会使提前分离下来的那部分材料相对于机床平台出现一定的位移，这时位移部分材料尚未切割成工件，这样就很难保证工件的工艺尺寸。

　　当工件质量与母材上剩余板料质量相当时，在切割过程中板料与工件都有可能移动，这时也应该按最后脱离母材的原则来切割，但要采取相应的措施来固定工件，比如增加配重或用其他办法固定工件。

　　当工件质量远大于余料质量时，切割后料边部分会发生位移，一般不会影响切割工件的尺寸。

　　弈经父流借边切割时，变形控制是切割能否成功的最大难点。由于切割零件分为两次或多次切割而成，零件周围料边处于半开放状态，切割方向与起弧位置的选择相对正常切割时要复杂得多。

　　2.2.2相邻零件接缝处的处理借边切割时，两个零件公用一个边，也就相当于公用一个尺寸，这样一个尺寸发生变化，另一个尺寸也会随之变化，尤其在设置割缝补偿时，容易使零件出现尺寸偏差。

　　有些零件不能一次起弧切割完成，而是两次或更多次起弧切割围成的工件，这样很可能会在接缝处出现切割缺陷。

　　2.2.3切割程序编程方面由于编程软件，无法自动处理复杂零件或复杂情况下的公用边切割。所以在借边编程编制过程中需要一定量的后续处理。

　　2.3保证切割质量的必要条件对工作平台要求工作平台（托料架）表面平整，挂渣轻微，托料架间隙与间距合理。平面度不大于板材平面度要求（平面度专2rrnn/m2）。

　　对板材平面度要求材料的不平度和内在应力，对借边切割质量的影响是非常巨大的。板材在切割前一定要经过校平，充分释放板材内在应力，一般平面度矣2mm/m2.对操作的要求①切割前要认真检查板料与工作平台的状况是否达到工艺要求，检查切割参数设置是合理；②要及时检查更换电极和喷嘴，保证切割质量，并保持割缝值在正常范围；③切割时如工件为长条形，则应保证工件切割后垂直于托架横梁，以免切割后的工件倾斜，发生刮枪；④切割时操作人员不准离开操作台，应注意观察机床运行状况，如板料或工件由于材料内应力发生变形弹起、位移或有其他异常情况时，立即处理，严禁开机脱岗。

　　3借边切割应用实例下盖板是铁路货车用部件，原先来用常规方法切割，现在采用借边切割。

　　下盖板常规切割工艺方案Q450钢板规格为3150mmx3150mmx6mm，单块有效切割距离为2777mm，设置料边值为15mm，零件间距20mm.一张板可切割16块，板材利用率为69%.切割排样图如所示，料边如所示。

　　连续借边切割方案下盖板单块有效切割距板材利用率从常规切割法的69%提高到89%.借边切割套切图如所示，料边如所示。采用借边切割的下盖板完全符合质量要求，生产效率提高了38%，板材利用率提高了20%.同时也意味着切割辅助材料消耗与损耗大幅度的降低。

　　4结语借边切割技术可以显著地提高生产效率和原材料利用率，常规切割工艺方法，材料利用率很难超过75%，而采用连续借边切割工艺一般均可达80%以上，效益显著。在板材切割领域应用前景广阔。