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現(xiàn)代切割技術在工程機械制造中有哪些應用？
來源：www.rfncp.cn 發(fā)布時間：2021/5/24 10:08:12
在現(xiàn)代工業(yè)制造領域中，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，切割的效率和質量將直接影響生產(chǎn)的效率和質量。下面根據(jù)當前現(xiàn)代切割技術的現(xiàn)狀，并結合重型廠切割技術在生產(chǎn)中的具體應用，對切割技術在工程機械中的選擇應用要點作一簡單介紹。
近年來，國內外切割技術取得了突破性進展，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、多種工藝方法在內的現(xiàn)代化切割技術，與此同時又將現(xiàn)代化控制技術與切割技術相結合，研究開發(fā)出新一代的全自動切割設備。
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年來國內外有關研究機構及企業(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，改善切割質量。近年來，隨著等離子弧技術的發(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
無論哪種切割技術，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(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，同時能夠實現(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、部分工件形狀復雜、精度要求高。
三、切割技術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，結合各種切割技術的特點，使工程機械制造業(yè)在選用各種切割技術、切割設備時有了目的性：
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、自動化的門架式數(shù)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)控切割技術發(fā)展。目前，該廠擁有數(shù)控坐標式設備已達１３臺之多，同時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、長條形工件易變形，為提高效率和質量、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，重型廠近年來大力推廣了等離子、激光切割技術，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的成熟程度，對所選設備有選擇地確定國內采購或進口。
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，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改造，大大提高了切割質量和效率，減少了安全隱患，節(jié)約了成本，節(jié)省了材料。
在切割技術“滿園芬芳”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，該廠已形成小型切割設備與門架式數(shù)控切割設備兼?zhèn)?、火焰切割技術與等離子、激光切割技術兼容的格局。
近年來，國內外切割技術取得了突破性進展，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、多種工藝方法在內的現(xiàn)代化切割技術，與此同時又將現(xiàn)代化控制技術與切割技術相結合，研究開發(fā)出新一代的全自動切割設備。
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年來國內外有關研究機構及企業(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，改善切割質量。近年來，隨著等離子弧技術的發(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的進步，其應用領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)應用范圍內，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
無論哪種切割技術，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(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，同時能夠實現(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、部分工件形狀復雜、精度要求高。
三、切割技術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，結合各種切割技術的特點，使工程機械制造業(yè)在選用各種切割技術、切割設備時有了目的性：
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、自動化的門架式數(shù)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)控切割技術發(fā)展。目前，該廠擁有數(shù)控坐標式設備已達１３臺之多，同時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、長條形工件易變形，為提高效率和質量、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，重型廠近年來大力推廣了等離子、激光切割技術，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的成熟程度，對所選設備有選擇地確定國內采購或進口。
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，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改造，大大提高了切割質量和效率，減少了安全隱患，節(jié)約了成本，節(jié)省了材料。
在切割技術“滿園芬芳”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，該廠已形成小型切割設備與門架式數(shù)控切割設備兼?zhèn)?、火焰切割技術與等離子、激光切割技術兼容的格局。
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