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現(xiàn)代切割技術(shù)在工程機械制造中有哪些應(yīng)用？
來源：m.whdljs.cn 發(fā)布時間：2021/5/24 10:08:12
在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域中，切割是應(yīng)用量很大、應(yīng)用面廣泛的基礎(chǔ)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(jù)當前現(xiàn)代切割技術(shù)的現(xiàn)狀，并結(jié)合重型廠切割技術(shù)在生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，對切割技術(shù)在工程機械中的選擇應(yīng)用要點作一簡單介紹。
近年來，國內(nèi)外切割技術(shù)取得了突破性進展，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(nèi)的現(xiàn)代化切割技術(shù)，與此同時又將現(xiàn)代化控制技術(shù)與切割技術(shù)相結(jié)合，研究開發(fā)出新一代的全自動切割設(shè)備。
Ａ、現(xiàn)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)過程中會排出大量電石渣（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年來國內(nèi)外有關(guān)研究機構(gòu)及企業(yè)相繼投入大量資金，開發(fā)研究成本低、安全、減少環(huán)境污染的新型燃氣，目前國內(nèi)己自主開發(fā)及引進了多種新型工業(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)展起來的一種加工方法，當時主要是為解決不銹鋼和有色金屬的切割，先后開發(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(yīng)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100 Ａ，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(shù)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，隨著等離子弧技術(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(yīng)用有增長的趨勢。
３、激光切割
水射流作為工業(yè)產(chǎn)品的精密加工手段，其特點是沒有或很少熱量釋放，無熱變形、無氣體或蒸汽排出。該項切割技術(shù)的研究是從２０世紀６０年代開始，國外經(jīng)過２０多年的研究和開發(fā)，制造出第一臺高壓水射流切割設(shè)備，使之能切割各種金屬和陶瓷等材料。我國于９０年代開發(fā)研制出國產(chǎn)化的高壓加 磨料型水射流切割設(shè)備并用于生產(chǎn)。目前大部分水射流切割設(shè)備主要應(yīng)用于非金屬板材的切割。
Ｂ、應(yīng)用形式
無論哪種切割技術(shù)，均有不同的應(yīng)用形式，火焰、等離子、激光均有小型切割機械產(chǎn)品和數(shù)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，從通用的半自動氣割機、仿形氣割機、光電跟蹤氣割機到專用的型鋼氣割機、馬鞍形氣割機約２０多個種類，價格適宜，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(chǔ)上加以改進，以完成Ｕ、Ｖ、Ｙ、Ｋ形坡口及球瓣坡口切割和相貫 線切割等工藝要求。
坐標式數(shù)控切割機是我國切割行業(yè)發(fā)展快的現(xiàn)代化切割設(shè)備之一，坐標式數(shù)控切割機以其良好的人機對話操作界面及強大的附助支持功能，并配有自動編程、套料等軟件系統(tǒng)的支持，使數(shù)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)切割加工的選擇。
Ｃ、技術(shù)經(jīng)濟性比較
目前，熱切割在工程機械行業(yè)應(yīng)用廣泛，而火焰、等離子、激光三種切割技術(shù)均屬于熱切割，火焰切割機切割變形大、切割速度較低，切割前需預(yù)熱，花費時間長，但可采用多割炬同時切割、易耗零件的使用壽命長。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)濟地進行切割。激光切割機價格雖昂貴，但對薄板及中厚板可實現(xiàn)高速度、高精度切割，同時能夠?qū)崿F(xiàn)無人化操作。
二、工程機械的制造工藝要求
工程機械在生產(chǎn)制造過程中，切割與焊接工件有其固有的特點：
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以內(nèi)的板材占重型廠鋼材總消耗量的８０％以上。
４、工程機械制造工件具有特殊性：
Ａ、工件品種多，材料種類相對集中；
Ｂ、長條件占一定份量；
Ｃ、工件坡量大，坡口形式Ｕ、Ｖ、Ｙ、Ｋ各異，沒有規(guī)律性；
Ｄ、部分工件形狀復(fù)雜、精度要求高。
三、切割技術(shù)在工程機械的應(yīng)用情況
針對工程機械的切割對象的工藝要求，結(jié)合各種切割技術(shù)的特點，使工程機械制造業(yè)在選用各種切割技術(shù)、切割設(shè)備時有了目的性：
１）水射流切割因投資大、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(shè)備主要采用機械化、自動化的門架式數(shù)控切割設(shè)備，輔以小型切割設(shè)備。
為提高切割效率、材料利用率、滿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、自動化的坐標式數(shù)控設(shè)備為下料手段，這樣即節(jié)約了人力、又大大減少了二次加工。近幾年，重型廠因持續(xù)發(fā)展，工藝改造加快，加工手段也經(jīng)歷著跨越式發(fā)展，由原來落后的二次加工、多頭火焰切割向數(shù)控切割技術(shù)發(fā)展。目前，該廠擁有數(shù)控坐標式設(shè)備已達１３臺之多，同時輔以少量的小型氣割和剪切割設(shè)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(shè)備應(yīng)在工程機械制造業(yè)中占一定比例。
因工程機械中厚板應(yīng)用較多、長條形工件易變形，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(fù)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(shè)備的配置比例。為適應(yīng)切割對象的工藝要求，重型廠近年來大力推廣了等離子、激光切割技術(shù)，等離子切割與激光切割設(shè)備比例已達７０％左右，另外，還針對國內(nèi)外切割技術(shù)的成熟程度，對所選設(shè)備有選擇地確定國內(nèi)采購或進口。
４）工程機械制造中應(yīng)選用一定量的小型火焰切割和等離子切割設(shè)備，以便坡口加工及薄板的整形工作。同時，在坐標式數(shù)控切割機上考慮增加坡口切割功能。
５）在火焰切割的應(yīng)用方面應(yīng)大力推廣采用國家推薦使用的新型工業(yè)燃氣，并應(yīng)用液氧代替瓶裝氧。
徐州重型廠早在９０年代初就以氧丙烷氣割代替了氧乙炔氣割，近年來又進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(jié)約了成本，節(jié)省了材料。
在切割技術(shù)“滿園芬芳”的今天，工程機械制造業(yè)的切割設(shè)備也將不再是“一枝獨秀”。近幾年，該廠已形成小型切割設(shè)備與門架式數(shù)控切割設(shè)備兼?zhèn)?、火焰切割技術(shù)與等離子、激光切割技術(shù)兼容的格局。
近年來，國內(nèi)外切割技術(shù)取得了突破性進展，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(nèi)的現(xiàn)代化切割技術(shù)，與此同時又將現(xiàn)代化控制技術(shù)與切割技術(shù)相結(jié)合，研究開發(fā)出新一代的全自動切割設(shè)備。
Ａ、現(xiàn)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)過程中會排出大量電石渣（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年來國內(nèi)外有關(guān)研究機構(gòu)及企業(yè)相繼投入大量資金，開發(fā)研究成本低、安全、減少環(huán)境污染的新型燃氣，目前國內(nèi)己自主開發(fā)及引進了多種新型工業(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)展起來的一種加工方法，當時主要是為解決不銹鋼和有色金屬的切割，先后開發(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(yīng)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100 Ａ，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(shù)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，隨著等離子弧技術(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(yīng)用有增長的趨勢。
３、激光切割
激光切割的工業(yè)應(yīng)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，在多種行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用。隨著激光器件功率等級、穩(wěn)定性及可靠性的提高和加工技術(shù)的進步，其應(yīng)用領(lǐng)域逐步擴大到各種金屬和非金屬板材的切割。據(jù)2002年的統(tǒng)計表明：在世界激光工業(yè)應(yīng)用范圍內(nèi)，激光切割所占比例最大，約為24％。
水射流作為工業(yè)產(chǎn)品的精密加工手段，其特點是沒有或很少熱量釋放，無熱變形、無氣體或蒸汽排出。該項切割技術(shù)的研究是從２０世紀６０年代開始，國外經(jīng)過２０多年的研究和開發(fā)，制造出第一臺高壓水射流切割設(shè)備，使之能切割各種金屬和陶瓷等材料。我國于９０年代開發(fā)研制出國產(chǎn)化的高壓加 磨料型水射流切割設(shè)備并用于生產(chǎn)。目前大部分水射流切割設(shè)備主要應(yīng)用于非金屬板材的切割。
Ｂ、應(yīng)用形式
無論哪種切割技術(shù)，均有不同的應(yīng)用形式，火焰、等離子、激光均有小型切割機械產(chǎn)品和數(shù)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，從通用的半自動氣割機、仿形氣割機、光電跟蹤氣割機到專用的型鋼氣割機、馬鞍形氣割機約２０多個種類，價格適宜，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(chǔ)上加以改進，以完成Ｕ、Ｖ、Ｙ、Ｋ形坡口及球瓣坡口切割和相貫 線切割等工藝要求。
坐標式數(shù)控切割機是我國切割行業(yè)發(fā)展快的現(xiàn)代化切割設(shè)備之一，坐標式數(shù)控切割機以其良好的人機對話操作界面及強大的附助支持功能，并配有自動編程、套料等軟件系統(tǒng)的支持，使數(shù)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)切割加工的選擇。
Ｃ、技術(shù)經(jīng)濟性比較
目前，熱切割在工程機械行業(yè)應(yīng)用廣泛，而火焰、等離子、激光三種切割技術(shù)均屬于熱切割，火焰切割機切割變形大、切割速度較低，切割前需預(yù)熱，花費時間長，但可采用多割炬同時切割、易耗零件的使用壽命長。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)濟地進行切割。激光切割機價格雖昂貴，但對薄板及中厚板可實現(xiàn)高速度、高精度切割，同時能夠?qū)崿F(xiàn)無人化操作。
二、工程機械的制造工藝要求
工程機械在生產(chǎn)制造過程中，切割與焊接工件有其固有的特點：
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以內(nèi)的板材占重型廠鋼材總消耗量的８０％以上。
４、工程機械制造工件具有特殊性：
Ａ、工件品種多，材料種類相對集中；
Ｂ、長條件占一定份量；
Ｃ、工件坡量大，坡口形式Ｕ、Ｖ、Ｙ、Ｋ各異，沒有規(guī)律性；
Ｄ、部分工件形狀復(fù)雜、精度要求高。
三、切割技術(shù)在工程機械的應(yīng)用情況
針對工程機械的切割對象的工藝要求，結(jié)合各種切割技術(shù)的特點，使工程機械制造業(yè)在選用各種切割技術(shù)、切割設(shè)備時有了目的性：
１）水射流切割因投資大、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(shè)備主要采用機械化、自動化的門架式數(shù)控切割設(shè)備，輔以小型切割設(shè)備。
為提高切割效率、材料利用率、滿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、自動化的坐標式數(shù)控設(shè)備為下料手段，這樣即節(jié)約了人力、又大大減少了二次加工。近幾年，重型廠因持續(xù)發(fā)展，工藝改造加快，加工手段也經(jīng)歷著跨越式發(fā)展，由原來落后的二次加工、多頭火焰切割向數(shù)控切割技術(shù)發(fā)展。目前，該廠擁有數(shù)控坐標式設(shè)備已達１３臺之多，同時輔以少量的小型氣割和剪切割設(shè)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(shè)備應(yīng)在工程機械制造業(yè)中占一定比例。
因工程機械中厚板應(yīng)用較多、長條形工件易變形，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(fù)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(shè)備的配置比例。為適應(yīng)切割對象的工藝要求，重型廠近年來大力推廣了等離子、激光切割技術(shù)，等離子切割與激光切割設(shè)備比例已達７０％左右，另外，還針對國內(nèi)外切割技術(shù)的成熟程度，對所選設(shè)備有選擇地確定國內(nèi)采購或進口。
４）工程機械制造中應(yīng)選用一定量的小型火焰切割和等離子切割設(shè)備，以便坡口加工及薄板的整形工作。同時，在坐標式數(shù)控切割機上考慮增加坡口切割功能。
５）在火焰切割的應(yīng)用方面應(yīng)大力推廣采用國家推薦使用的新型工業(yè)燃氣，并應(yīng)用液氧代替瓶裝氧。
徐州重型廠早在９０年代初就以氧丙烷氣割代替了氧乙炔氣割，近年來又進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(jié)約了成本，節(jié)省了材料。
在切割技術(shù)“滿園芬芳”的今天，工程機械制造業(yè)的切割設(shè)備也將不再是“一枝獨秀”。近幾年，該廠已形成小型切割設(shè)備與門架式數(shù)控切割設(shè)備兼?zhèn)?、火焰切割技術(shù)與等離子、激光切割技術(shù)兼容的格局。
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