喬 俞

(中國石油遼陽石油化纖公司機械廠)

隨著現代制造技術的迅速發(fā)展，對于板材切割，傳統(tǒng)的手工切割和半自動切割已不能滿足高速發(fā)展的工業(yè)生產要求，而高效率、低成本且高智能的數控火焰切割機越來越受到廣大企業(yè)的青睞。生產效率得到提高的同時，切割質量和切割尺寸精度這些影響工件成型質量和產品整體性能的重要因素，也是切割操作工不斷探討的問題。

1 影響切割質量因素

1.1 切割工藝參數

根據所割工件的厚度選擇合適類型的割嘴型號，精確調整氧燃氣的工作壓力值、設定正確的割嘴間隙，對切割質量和工作效率至關重要。根據某廠MESSER數控火焰切割機實際生產經驗，火焰切割機相關工藝參數設置見表1。

表1 氧切割相關工藝參數

注：以上數據是在普通鋼板碳量為0.3%，且切割氧的最低純度為99.5%的基礎上列出的。

1.2 氣體

火焰切割是一種熱切割工藝，切割材料被局部加熱到燃燒點并且在切割氧流中燃燒，由加熱火焰和切割材料燃燒所共同產生的熱使切割材料在切割氧流中連續(xù)燃燒，因此切割機的工作氣體是氧氣和可燃氣體。

1.2.1氧氣

在數控火焰切割中，氧氣的純度是影響氣割質量的重要因素，由此要求切割氧純度必須達到99.5%以上，氧純度每下降1.5%，切割速度下降25%，耗氧量增加50%，同時造成切割面粗糙，下緣掛渣，氧氣純度低于95%則不能切割。

在數控火焰切割中，氧氣壓力的穩(wěn)定性對工件的切割質量至關重要。采用瓶裝供氧，中途必然要更換氣源，瓶裝氣源使用開始和結束時，氣源壓力波動大。造成氣割表面質量明顯劣變，解決方法可采用溫水加熱法，以保證氣源的穩(wěn)定性。采用液態(tài)氧切割，由于儲量大，氣體質量好，提高了表面質量，且綜合經濟指標也高于瓶裝氧氣，在工作效率上能有較大的提高。

1.2.2可燃氣體

火焰切割中常用的可燃氣體有乙炔、煤氣、天然氣及丙烷等。乙炔氣體理論燃燒值溫度高，與氧氣按比例混合點燃后所產生的火焰溫度高于其他可燃氣體，容易滿足氣割溫度要求，且價格便宜，制取方便，可獲得較高的表面質量，也因此得到廣泛的應用。

1.3 切割火焰

通過預熱火焰，把金屬工件加熱至金屬在氧氣中燃燒的溫度，并始終保持這一溫度，同時使得鋼材表面的氧化皮剝離和熔化，便于切割氧流與金屬接觸，能較好地控制切割表面質量，而預熱火焰能率是影響切口質量的重要參數，在操作數控火焰切割機時，一般通過調節(jié)氧氣和燃氣的比例得到3種切割火焰：中性焰、碳化焰和氧化焰?；鹧媲懈钜话悴捎玫氖侵行匝婊蜉p微的氧化焰。

中性焰是氧與乙炔體積比為1.1～1.2時的混合氣燃燒形成的火焰。通過機床的切割快風按鈕，檢查切割氧射流的情況：必須以筆直的圓錐形從割嘴射出，預熱火焰集中的圍繞切割氧射流。圖1為中性焰形狀及其切割工件表面形貌。

a. 中性焰

b. 切割氧射流

c. 所切割出的表面質量

碳化焰是氧氣與乙炔的體積比值小于1.1時的混合氣燃燒形成的火焰。碳化焰切割容易造成切割過程中斷。圖2為碳化焰的形狀。

圖2 碳化焰形狀

氧化焰是氧氣與乙炔的體積比值大于1.2時的混合氣燃燒形成的氣體火焰，圖3為氧化焰形狀及其切割工件的表面形貌。

a. 氧化焰

b. 所切割出的表面質量

火焰的類型對切口表面質量產生重要的影響，因此在切割過程中，要注意隨時調整預熱火焰，防止火焰性質發(fā)生變化。

1.4 切割速度

切割速度是影響切割過程穩(wěn)定性和切割斷面質量的直接因素。實際生產中應根據所用割嘴的性能參數、氣體的種類及純度、鋼板的材料和厚度來調整切割速度(表1)。

通常有經驗的操作工人能從火花飛濺的情況和切割過程中產生的聲音來判斷切割速度是否合適，銳利的切割邊和滿意的切口質量，只可能在預熱火焰調整合適時才能獲得。圖4為不同切割速度對切割表面質量的影響。

2 尺寸精度的影響因素

數控切割機切割零件的尺寸精度與設備精度、切割方向和操作工的實際經驗息息相關。

a. 速度適中

b. 速度太快

c. 速度太慢

2.1 穿孔和切入點選擇

例如切割厚度為6～20mm的鋼板，由于工件受熱易變形，采用如圖5所示的穿孔辦法使鋼板邊緣成封閉狀態(tài)，可限制因變形引起的零件尺寸偏差。

圖5 切割4件φ500mm折流板穿孔示意圖

如果穿孔在零件輪廓上，零件就會有瑕疵，因此切割前必須加入引入、引出線，而對于圓形工件，要求較高的切割接點，最好使用圓引線。

切割20～100mm鋼板，由于切割不易發(fā)生變形且穿孔操作翻渣厲害，易堵塞割嘴，可以直接從鋼板邊緣切入。

復雜工件選擇穿孔位置時，應考慮使熱量對稱從里面?zhèn)鞯酵饷?圖6)。

2.2 切割方向選擇

切割方向應保證切割結束在大面積的鋼板上，否則會因為受熱板材移動導致切割變形。由于工件比較狹長，受熱不均勻，引起熱脹冷縮，切割過程中容易變形，應采用斷續(xù)切割的方法(切割一段距離，空運行一段，然后再預熱切割)。

圖6 支撐板穿孔順序

3 結束語

嚴格的質量控制方法可以保證數控火焰切割機切割各種零件的尺寸精度及切割的高效率。正確的控制因素分析是保證切割質量的重要前提，而高素質的操作人員是完成任務的必要條件，在實際生產中，要采用理論與實際相結合的方法，既要把握各種控制因素，也要認真總結經驗并及時加以分析改正，努力提高操作水平，這也是切割質量不可忽視的重要環(huán)節(jié)。