备料的工艺方法装备数控切割机.docx
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备料的工艺方法装备数控切割机
备料的工艺方法、装备
一、切割机
在机械加工过程中,板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。
手工切割灵活方便,但手工切割质量差、尺寸误差大、材料浪费大、后续加工工作量大,同时劳动条件恶劣,生产效率低。
半自动切割机中仿形切割机,切割工件的质量较好,由于其使用切割模具,不适合于单件、小批量和大工件切割。
其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度,但其功能简单,只适合一些较规则形状的零件切割。
数控切割相对手动和半自动切割方式来说,可有效地提高板材切割地效率、切割质量,减轻操作者地劳动强度。
数控切割机(CNCCuttingMachine)就是用数字程序驱动机床运动,随着机床运动时,随机配带的切割工具对物体进行切割。
这种机电一体化的切割机就称之为数控切割机。
切割机目前来说数控火焰、等离子切割机掌握着很大一部分用户,而以后水切割、激光切割将代替前着,成为主流切割机,因为他们环保、切割速度快、切割质量好!
切割机可以分为:
火焰切割机、等离子切割机、水射流切割机、激光切割机等。
(一)火焰切割机
火焰切割是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到燃点后,喷出高速切割氧流,使金属燃烧并放出热量而实现切割的方法。
过程有三个阶段:
1.预热气割开始时,利用气体火焰(氧乙炔焰或氧丙烷焰)将工件待切割处预热到该种金属材料的燃烧温度——燃点(对于碳钢约为1100~1150℃)。
2.燃烧喷出高速切割氧流,使已达燃点的金属在氧流中激烈燃烧,生成氧化物。
3.吹渣金属燃烧生成的氧化物被氧流吹掉,形成切口,使金属分离,完成切割过程。
符合上述气割条件的金属有纯铁、低碳钢、中碳钢、低合金钢以及钛。
其它常用的金属材料如铸铁、不锈钢、铝和铜等由于不满足此三条件,所以不能应用氧气切割,这些材料目前常用的切割方法是等离子弧切割。
火焰切割机里面又分数控和手动的两大类,手动的类别有小跑车,半自动,纯手动。
数控的有龙门式数控切割机,悬臂式数控切割机,台式数控切割机,相贯线数控切割机等。
火焰切割机影响钢板火焰切割质量的三个基本要素:
气体、切割速度、割嘴与被切工件表面的高度。
1.气体:
(1)氧气 氧气是可燃气体燃烧时所必须的,以便为达到钢材的点燃温度提供所需的能量;另外,氧气是钢材被预热达到燃点后进行燃烧所必须的。
切割钢材所用氧气必须要有较高的纯度,一般要求在99.5%以上,一些先进国家的工业标准要求氧气纯度在99.7%以上。
氧气纯度每降低0.5%,钢板的切割速度就要降低10%左右。
如果氧气纯度降低0.8%-1%,不仅切割速度下降15%-20%,同时,割缝也随之变宽,切口下端挂渣多并且清理困难,切割断面质量亦明显劣变,气体消耗量也随着增加。
显然,这就降低了生产效率和切割质量,生产成本也就明显地增加了。
采用液氧切割,虽然一次性投资大,但从长远看,其综合经济指标比想象的要好得多。
气体压力的稳定性对工件的切割质量也是至关重要的。
波动的氧气压力将使切割断面质量明显劣变。
气压压力是根据所使用的割嘴类型、切割的钢板厚度而调整的。
切割时如果采用了超出规定数值的氧气压力,并不能提高切割速度,反而使切割断面质量下降,挂渣难清,增加了切割后的加工时间和费用。
(2)可燃性气体 火焰切割中,常用的可燃性气体有乙炔、煤气、天然气、丙烷等,国外有些厂家还使用MAPP,即:
甲烷+乙烷+丙烷。
一般来说,燃烧速度快、燃烧值高的气体适用于薄板切割;燃烧值低、燃烧速度缓慢的可燃性气体更适用于厚板切割,尤其是厚度在200mm以上的钢板,如采用煤气或天然气进行切割,将会得到理想的切割质量,只是切割速度会稍微降低一些。
相比较而言,乙炔比天然气要贵得多,但由于资源问题,在实际生产中,一般多采用乙炔气体,只是在切割大厚板同时又要求较高的切割质量以及资源充足时,才考虑使用天然气。
(3)火焰的调整 通过调整氧气和乙炔的比例可以得到三种切割火焰:
中性焰(即正常焰),氧化焰,还原焰,正常火焰的特征是在其还原区没有自由氧和活性碳,有三个明显的区域,焰芯有鲜明的轮廓(接近于圆柱形)。
焰芯的成分是乙炔和氧气,其末端呈均匀的圆形和光亮的外壳。
外壳由赤热的碳质点组成。
焰芯的温度达1000℃。
还原区处于焰芯之外,与焰芯的明显区别是它的亮度较暗。
还原区由乙炔未完全燃烧的产物——氧化碳和氢组成,还原区的温度可达3000℃左右。
外焰即完全燃烧区,位于还原区之外,它由二氧化碳和水蒸气、氮气组成,其温度在1200~2500℃之间变化。
氧化焰是在氧气过剩的情况下产生的,其焰芯呈圆锥形,长度明显地缩短,轮廓也不清楚,亮度是暗淡的;同样,还原区和外焰也缩短了,火焰呈紫蓝色,燃烧时伴有响声,响声大小与氧气的压力有关,氧化焰的温度高于正常焰。
如果使用氧化焰进行切割,将会使切割质量明显地恶化。
还原焰是在乙炔过剩的情况下产生的,其焰芯没有明显的轮廓,其焰芯的末端有绿色的边缘,按照这绿色的边缘来判断有过剩的乙炔;还原区异常的明亮,几乎和焰芯混为一体;外焰呈黄色。
当乙炔过剩太多时,开始冒黑烟,这是因为在火焰中乙炔燃烧缺乏必须的氧气造成的。
预热火焰的能量大小与切割速度、切口质量关系相当密切。
随着被切工件板厚的增大和切割速度的加快,火焰的能量也应随之增强,但又不能太强,尤其在割厚板时,金属燃烧产生的反应热增大,加强了对切割点前沿的预热能力,这时,过强的预热火焰将使切口上边缘严重熔化塌边。
太弱的预热火焰,又会使钢板得不到足够的能量,逼使减低切割速度,甚至造成切割过程中断。
所以说预热火焰的强弱与切割速度的关系是相互制约的。
一般来说,切割200mm以下的钢板使用中性焰可以获得较好的切割质量。
在切割大厚度钢板时应使用还原焰预热切割,因为还原焰的火焰比较长,火焰的长度应至少是板厚的1.2倍以上。
2.切割速度 。
钢板的切割速度是与钢材在氧气中的燃烧速度相对应的。
在实际生产中,应根据所用割嘴的性能参数、气体种类及纯度、钢板材质及厚度来调整切割速度。
切割速度直接影响到切割过程的稳定性和切割断面质量。
如果想人为地调高切割速度来提高生产效率和用减慢切割速度来最佳地改善切割断面质量,那是办不到的,只能使切割断面质量变差。
过快的切割速度会使切割断面出现凹陷和挂渣等质量缺陷,严重的有可能造成切割中断;过慢的切割速度会使切口上边缘熔化塌边、下边缘产生圆角、切割断面下半部分出现水冲状的深沟凹坑等等。
通过观察熔渣从切口喷出的特点,可调整到合适的切割速度。
在正常的火焰切割过程中,切割氧流相对垂直的割炬来说稍微偏后一个角度,其对应的偏移叫后拖量。
速度过低时,没有后拖量,工件下面割口处的火花束向切割方向偏移。
如提高割炬的运行速度,火花束就会向相反的方向偏移,当火花束与切割氧流平行时,就认为该切割速度正常。
速度过高时,火花束明显后偏。
3.割嘴与被切工件表面的高度 。
在钢板火焰切割过程中,割嘴到被切工作表面的高度是决定切口质量和切割速度的主要因素之一。
不同厚度的钢板,使用不同参数的割嘴,应调整相应的高度。
为保证获得高质量的切口,割嘴到被割工件表面的高度,在整个切割过程中必须保持基本一致。
(二)等离子切割机
等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化(和蒸发),并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。
等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属,尤其是对于有色金属(不锈钢、铝、铜、钛、镍)切割效果更佳;其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候,等离子切割速度快,尤其在切割普通碳素钢薄板时,速度可达火焰切割法的5~6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。
等离子切割发展到现在,可采用的工作气体(工作气体是等离子弧的导电介质,又是携热体,同时还要排除切口中的熔融金属)对等离子弧的切割特性以及切割质量、速度都有明显的影响。
常用的等离子弧工作气体有氩、氢、氮、氧、空气、水蒸气以及某些混合气体。
数控等离子切割机以工作方式来分:
有干式等离子、半干式等离子、水下等离子之分;以切割质量来分有普通等离子、精细等离子、类激光等离子等。
1、普通等离子电源,切割截面斜口在3-6度。
2、精细等离子电源,切割截面斜口在2度以内。
3、类激光等离子电源切割截面斜口基本为零,且截面光滑,粗糙度在Ra12.5~25之间。
当然价格也是 3>2>1。
数控等离子是把等离子电源安装在数控机上而已。
真正有区别的是等离子电源。
各种等离子弧切割工艺参数,直接影响切割过程的稳定性、切割质量和效果。
主要切割规范简述如下:
1.空载电压和弧柱电压 。
等离子切割电源,必须具有足够高的空载电压,才能容易引弧和使等离子弧稳定燃烧。
空载电压一般为120-600V,而弧柱电压一般为空载电压的一半。
提高弧柱电压,能明显地增加等离子弧的功率,因而能提高切割速度和切割更大厚度的金属板材。
弧柱电压往往通过调节气体流量和加大电极内缩量未达到,但弧柱电压不能超过空载电压的65%,否则会使等离子弧不稳定。
2.切割电流 。
增加切割电流同样能提高等离子弧的功率,但它受到最大允许电流的限制,否则会使等离子弧柱变粗、割缝宽度增加、电极寿命下降。
3.气体流量。
增加气本流量既能提高弧柱电压,又能增强对弧柱的压缩作用而使等离子弧能量更加集中、喷射力更强,因而可提高切割速度和质量。
但气体流量过大,反而会使弧柱变短,损失热量增加,使切割能力减弱,直至使切割过程不能正常进行。
4.电极内缩量 。
所谓内缩量是指电极到割嘴端面的距离,合适的距离可以使电弧在割嘴内得到良好的压缩,获得能量集中、温度高的等离子弧而进行有效的切割。
距离过大或过小,会使电极严重烧损、割嘴烧坏和切割能力下降。
内缩量一般取8-11mm。
5.割嘴高度 。
割嘴高度是指割嘴端面至被割工件表面的距离。
该距离一般为4~10mm。
它与电极内缩量一样,距离要合适才能充分发挥等离子弧的切割效率,否则会使切割效率和切割质量下降或使割嘴烧坏。
6.切割速度 。
以上各种因素直接影响等离子弧的压缩效应,也就是影响等离子弧的温度和能量密度,而等离子弧的高温、高能量决定着切割速度,所以以上的各种因素均与切割速度有关。
在保证切割质量的前提下,应尽可能的提高切割速度。
这不仅提高生产率,而且能减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域。
若切割速度不合适,其效果相反,而且会使粘渣增加,切割质量下降。
等离子切割所用的工作气体主要有空气、氧气、氮气等,其主要优缺点如下:
以空气作为工作气体:
a.切割面上附有氮化层,焊接时焊缝中会产生气孔。
因此用于焊接的切割边,需用砂轮打磨,去除氮化层。
b.由于存在氧化作用,电极和喷嘴易损耗,使用寿命较短;以氧气作为工作气体,主要用于切割碳钢、铝。
氧的离解热高、携热性好,粒子复合时的放热量大,投入切割的热量多,因此可获得较高的切割速度。
在加工碳钢时,因切割过程中的铁氧反应提供了大量的附加热量,促进了切割速度的进一步提高。
与等离子空气切割法相比,等离子氧气切割法在切割碳钢时有以下优点:
a.切割速度更快;b.切割面更光洁,呈金属光泽,尤其是无氮化层,切割后可直接用于焊接;c.切口下缘不粘渣;d.切割变形小,精度高。
等离子氧气切割法也存在如下缺点:
a.因氧化作用强,电极损耗更快,使用寿命短;b.切割面斜角较大;以氮气作为工作气体,主要用于切割不锈钢。
氮的导热和携热性能较好,弧柱也较长,因此具有较好的切割能力。
但切割的表面质量不是很好,且切割面有氮化物。
相对氧气而言,氮气的价格较低,因此这种切割方法一般只用于对切割表面质量要求不高且不直接用于焊接的不锈钢下料。
数控水下等离子切割机的技术日近成熟,对水下等离子切割机的认识也逐步深入,干式等离子切割容易产生大量金属粉尘,难闻气体,强光刺眼,一些的切割附带问题让客户头疼,为了解决好这一问题,水下等离子切割机便应运而生。
水下等离子切割时候必须配有防撞装置或者弧压自动调高装置,水下切割时,水面由于引弧和切割气体的冲击,极易让水产生浑浊,肉眼是根本看不到割枪行走的位置和割枪距离钢板的高度,在切割过程
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