山推推土機(jī)板材件切割工藝概述

李賀德，李勇，丁志遠(yuǎn)，徐宗磊

推土機(jī)包括主機(jī)架、駕駛室、臺(tái)車、工作裝置、底板翼板、底盤等部件，使用原材料可分為板材件、型材件、鑄件、鍛件等。其中板材件質(zhì)量占推土機(jī)總質(zhì)量的一半以上，板材厚度從1.5～130mm不等，材質(zhì)近30種。目前，推土機(jī)板材件切割生產(chǎn)工藝主要包括激光切割、等離子弧切割及火焰切割等。

一、激光切割

1. 激光切割原理

激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射材料迅速熔化、汽化、燒蝕或達(dá)到燃點(diǎn)，同時(shí)借助與光束同軸的高速氣流吹出熔融物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)將工件割開，裝備如圖1所示。

2. 激光切割特點(diǎn)及主要適用范圍

激光切割的優(yōu)點(diǎn)是切割質(zhì)量好，較火焰切割速度較快；缺點(diǎn)是激光切割由于受激光器功率和設(shè)備體積限制，只能切割中小厚度板材，且隨著工件厚度增加，切割速度明顯下降。推土機(jī)駕駛室上面板材件板厚多在1.5～5mm，采用激光切割下料；另外，對(duì)于一些孔距要求較嚴(yán)的工件，為減少工序節(jié)約成本，多采用激光切割，用于激光切割的板材件板厚不超過16mm（見圖2~圖4）。

二、等離子弧切割

1. 等離子弧切割原理

等離子弧切割就是利用最佳噴嘴圓孔壓擠高溫、電離氣體形成等離子電弧，靠電弧熱量使工件切口處金屬局部熔化和蒸發(fā)，并借等離子高壓氣流吹掉被熔化金屬而形成切口的一種加工方法。切割用等離子電弧溫度一般在10000～14000℃。

圖1 激光切割機(jī)

圖2 駕駛室部分工件激光排料示意

圖3 等離子弧切割機(jī)

圖4 某切板件

2. 等離子弧切割的特點(diǎn)及主要適用范圍

等離子弧切割優(yōu)點(diǎn)是具有多功能、高效、高速、高精度、低勞動(dòng)強(qiáng)度及高度自動(dòng)化，切割厚度不大的普通碳素鋼薄板時(shí)，切割速度為火焰切割的5～6倍，切割面光潔、熱變形小。但等離子弧流從噴嘴射出后，氣能量密度、流速及溫度迅速下降，這就造成切割時(shí)在板厚方向溫度分布不均，易造成切口上方熔化下方掛渣、上寬下窄的缺陷，隨著切割厚度增加這種現(xiàn)象越嚴(yán)重，且切割速度和切割質(zhì)量亦急劇下降。一般等離子弧切割法適用于薄板切割，比較適合16mm以下對(duì)直線度有要求的較長(zhǎng)工件的切割。

3. 等離子弧切割質(zhì)量分析

切割工件質(zhì)量常會(huì)受到一些因素影響，從而產(chǎn)生尺寸誤差或外觀缺陷。以下是常出現(xiàn)的一些質(zhì)量問題及影響因素，可據(jù)此做適當(dāng)調(diào)整，以滿足尺寸的精度要求。

（1）割縫太寬（零件偏?。?出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是噴嘴損壞、割炬高度（弧柱電壓）太高、電流過大、氣體流量不足或速度太慢等原因所至。其中任何一種因素都會(huì)使弧柱拉長(zhǎng)、割縫拉寬。此外，割縫補(bǔ)償不當(dāng)（太?。┮矔?huì)導(dǎo)致這種現(xiàn)象。

（2） 割縫太窄（零件偏大） 這種現(xiàn)象可能是割炬太低、電流過小、氣體流量太大或速度太快等所導(dǎo)致。因?yàn)檫@些因素使弧柱收縮從而導(dǎo)致割縫太窄。此外，割縫補(bǔ)償不當(dāng)（太大）也會(huì)導(dǎo)致工件偏大。

（3）傾斜角就是指割縫邊角度 傾斜角為0?切割稱為垂直切割，即割炬與工件表面垂直。大多數(shù)等離子弧割炬使用的是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的等離子氣體流，這樣沿著割炬運(yùn)行方向的右側(cè)得到的是垂直切割邊。對(duì)于普通等離子割炬而言，切割傾斜角通常是好的那邊為1?～3?，差的那邊為3?～8?。高精度等離子弧切割系統(tǒng)得到傾斜角會(huì)小一些。盡管一些傾斜是因?yàn)榈入x子過程中噴射氣體噴出時(shí)的形狀而固有，但它能夠被減少。

（4）正偏角（上窄下寬） 產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能是因?yàn)閲娮鞊p壞、割炬高度（弧電壓）太高、電流太小或速度太快等，這些因素都會(huì)造成等離子弧滯后從而導(dǎo)致割縫頂部能量大于底部。此外，切割方向不當(dāng)也可能導(dǎo)致正偏角。一個(gè)帶有嚴(yán)重正偏角的工件，在其底邊緣可能有堅(jiān)硬的粒狀掛渣。

（5）負(fù)偏角（上寬下窄） 產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能是因?yàn)楦罹娓叨龋ɑ‰妷海┨?，電流太大或速度太慢等，這些因素能使弧柱在底部熔掉更多金屬。通常，工件上自始至終的負(fù)偏角會(huì)產(chǎn)生低速掛渣。

（6）不規(guī)則偏角（同一工件上既有正偏角又有負(fù)偏角） 這種情況通常說明噴嘴已壞，割炬不垂直或電極和噴嘴沒有對(duì)齊。這些因素都會(huì)導(dǎo)致弧柱偏離垂直方向。通常是工件一側(cè)為正偏角，相反一側(cè)為負(fù)偏角。因此工件橫截面看起來是個(gè)平行四邊形而不是個(gè)矩形。有些切面可能不是平坦的，而是兩面凹凸。這些都表明噴嘴嚴(yán)重?fù)p壞或電極和噴嘴嚴(yán)重錯(cuò)位。

三、火焰切割

火焰切割是最原始最常用的，同時(shí)又是在鋼板制造和鋼板加工工業(yè)中應(yīng)用最靈活的熱切割方法。在鋼板下料生產(chǎn)中，火焰切割主要應(yīng)用于垂直和坡口切割工作?；鹧媲懈罘ㄟm應(yīng)范圍寬，切割質(zhì)量穩(wěn)定，最適合切割低碳鋼，尤其是厚度在20mm以上的鋼板切割。

1. 火焰切割原理

鋼板火焰切割過程是從鋼的加熱開始。首先，由割嘴預(yù)熱火焰將被切割件起割點(diǎn)加熱到鋼的燃點(diǎn)，打開切割氧流，使該點(diǎn)鐵在氧氣中燃燒，燃燒產(chǎn)生熱量通過熔渣逐漸向鋼下層傳遞，鐵燃燒在整個(gè)厚度上進(jìn)行，切割過程中所產(chǎn)生的氧化物和熔渣被切割氧流從切口處排掉，隨著割炬有規(guī)則的移動(dòng)，割嘴經(jīng)過之處就形成一條割縫，從起點(diǎn)到終點(diǎn)也就實(shí)現(xiàn)了工件切割分離的全過程（見圖5）。

圖5 火焰切割機(jī)

2. 切割精度及影響鋼板火焰切割質(zhì)量的因素

切割精度是指被切割完的工件幾何尺寸與其圖樣尺寸對(duì)比的誤差關(guān)系，切割質(zhì)量是指工件切割斷面的表面粗糙度、切口上邊緣的熔化塌邊程度、切口下邊緣是否有掛渣和割縫寬度的均勻性等。影響鋼板火焰切割質(zhì)量因素有4個(gè)：氣體、切割速度、割嘴高度、機(jī)床運(yùn)行穩(wěn)定性。

四、結(jié)語

推土機(jī)板材件切割下料過程中如何提高板材利用率，進(jìn)行規(guī)?；I(yè)化的生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)推土機(jī)切板件生產(chǎn)工藝的最優(yōu)化，仍然需要我們不斷探索。