数控火焰切割件切割变形的工艺控制

1、数控火焰切割件切割变形的工艺控制0 引言数控火焰切割机的控制系统是数控系统， 主要切割部分使用 的是氧气加丙烷等气体， 然后对金属材料实施切割处理。 工作原 理是使气体达到金属材料的燃点，将其进行熔化后进行切割分 离，然后在通入高压氧气，将残渣吹掉，切口产生 1 。由于这 种加工方式能够切割的钢板比较后、 成本非常低， 所以被广泛使 用在各种机车车辆行业。但是，由于火焰的温度非常高，切割钢 板会产生较大变形量， 因此，必须要研究出如何避免变形的出现， 才能够从根本上提高质量。1 产生变形的原因 金属材料在进行火焰切割加工时产生变形的主要原因如下：（1）金属材料在轧制或开卷时必然会产生比较大的内

2、应力；（2）金属材料在进行切割处理时，局部受热加速，材料沿 切割方向迅速膨胀， 火焰周围也会急速膨胀， 切口处会形成较大 应力，且难以消除，如果应力超过材料本身的趋势强度，就会产 生塑性变形；（3）冷却过程中，金属材料在切割时由于温度变化会产生 变形，周围母材会形成比较大拉应力。 由于这种受热和冷却的不 均匀性， 材料的内部应力不可能全部抵消， 正是由于这种内部应 力的产生， 导致整个零件会产生不同程度形变， 零件整体尺寸会 发生变化，表现也会出现不同形状的 ?化。2 切割变形分析及控制出口澳大利亚PN公司的零件非常多，从实际切割过程入手， 仔细分析出发生变形的主要原因， 进一步提高工艺水平，

3、 有效控 制变形量是生产的目标。2.1 单一规则零件的切割以PN机车构架上的某一零件为例，该零件的厚度为10mm该零件形状非常规则， 可以使用几个割嘴同时进行切割， 零件的 宽度方向尺寸比长度大。 图 1 中 1-A 模型中所说明的是三只割嘴 同时工作的数控程序， 箭头方向即割嘴走向， 虚线则为割嘴的空 程。每只割嘴切割完A的所有孔之后从a点引入后进行A出的外 表面切割，然后在将B出所有孔切割完成，再从b点切割B处的 外表面。事实表明， 按照这个切割程序所完成的零件， 大部分都会形 成一定的变形， 主要的表现形式是孔中心线处较之图纸尺寸发生 偏移，最大偏移量为 4mm。产生这种情况主要是因为零

4、件长宽比例比较大， 长边受热后 内部应力不平衡导致出现变形。图 1中，a点开始切割A,钢板 静止不动， 零件边缘处的边 1 和边 2 内部应力基本平衡， 零件此 时没有变形。但是在进行边3处的B切割时，因为2与3距离非 常近，所以进行 3 处切割的时候 2 同时被加热， 此时的边 2 与边 1 内部应力就出现不均匀的现象，边 1 处的应力会迫使整个边 1 进行收缩，钢板框架就会整体偏移，割嘴慢慢切割零件下端时， 加上之前的孔已经移动，就会形成如图 3 所示的变形。经过上述分析得出，使用图1中1-B进行切割时，A和B可 以当做是一个整体， 先加工内孔， 然后按照 1-7 的顺序将零件所 有边进行

5、切割，边4是共用边。如此一来，切割 B后，边2与边 4内部应力相同，切割 A时，边4与边6内部应力相同，钢板框 架不会因为切割应力发生形变， 这就保证了整个零件的尺寸准确 性。长方形板料是一种比较常见的长宽比比较大的规则形状的 零件，使用常规切割方法会出现旁弯现象， 因此可以使用如下加 工方法：多割嘴一起工作，先将长边进行切割，待钢板温度下降 至常温后在进行短边切割。如果两次切割中的火焰强度偏差不 大，零件两个长度方向同时受热，所以就不会发生变形情况。2.2 单一异形零件的切割以PN机车车架中的某零件为例，其厚度为6mm异形件且外形比较大。 要想提高此类零件的材料利用率， 就会选择套料的 方法

6、进行加工。 图 1 中 3-A 是常规数控程序， 每只割嘴从 a 点引 入进行A的加工，然后以b点开始加工B。大量事实表明，此种 加工方法变形率基本会维持在 50%左右，因为该板材厚度比较薄， 所以其整个变形量会高达 5-7mm形成这种现象的主要原因是： A出切割时，后续加工的边 2较之先加工的边1长度较大，因此 边 2 处的内应力会大于边 1 处，而又因为边 2 是凹边， 所以凸边 会阻止一部分变形的发生， 综合应力影响之下， 零件变形不大且 框架不会出现偏移；B边切割时，后续加工的边 4应力较之先钳 工的边 3 要小很多， 而钢板凸边只能阻止边 3 处的部分变形， 这 就导致整个工件出现比

7、较大的变形量。经过上述分析，使用图 1 中的 3-B 切割模型， A 处程序保持 不变，进行B处加工时，b点引入，逆时针切割，此时 B处的综 合应力不大，此处变形量较小。不管零件形状如何，只要是零件 比较长且尺寸比较大时， 间断切割法是保证变形量在可控范围内 的最佳加工方式。 此种方法主要是在零件周边事先设置一些不需 要加工的点，用来将零件连接，避免出现较大变形量，待工件冷 却后再进行加工。2.3 多零件套料切割如果在一张较大的板材上进行多出切割， 一般会进行套料加 工，此时因此板料变形的因素就比较负责。 要想使得内部应力不 大，方向和顺序要控制的好。2.3.1 切割方向 切割方向选择好的话可

8、以保证最后切割一侧能够有效分离板材。如果切割过早或者钢板大部分已经分离出去， 周边框架内 部应力就不会消除， 最终导致整个框架的变形， 关键尺寸也无法 保证。2.3.2 切割顺序切割顺序对于切割变形的影响非常大， 经过大量实践经验总 结出，通常会按照“先内后外、先小后大、先圆后方”的加工方 式 2 。先内后外就是指先进行板料内部零件的切割；先小后大 是指先加工尺寸小的零件， 此时热量不大， 不能对零件产生影响； 先圆后方是指先进行圆形的加工， 热量会均匀传递， 内部应力保 持平衡。2.3.3应用SigmaNEST套料软件SigmaNEST中包含有先进的自动套料程序、加工轨迹最佳选 择以及自动化管理的自动套料软件。 在避免变形中， 具有非常多 的方法可以选择，如留割、搭桥、最小热量法等等。留割是指尺 寸较大部分的零件一般要保留 15-30mm部分，与母材连接，避免 出现较大变形量； 搭桥是指套料完成后， 零件之间单独设置一些 桥，将相邻零件当做一个整体，保证连接作用，避免出现变形现 象；最小热量法是软件中会自动选择产生热量最小的行走路线， 而实际应