梁萬(wàn)冀

摘 要：應(yīng)用三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管時(shí)，有與薄壁鋼管剛性差容易造成在切割過程中引起鋼管變形，通過對(duì)夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)能夠避免此種情況的出現(xiàn)，同時(shí)確保不銹鋼鋼管的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：夾具 不銹鋼圓管 薄壁 激光切割 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（a）-0062-02

隨著加工科技的飛速發(fā)展。傳統(tǒng)切割技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為高科技、高精度、高靈活性以及高效率的新型切割方法。在此種情況下，科技含量更高，切割手段更加先進(jìn)的激光切割技術(shù)也開始發(fā)展起來。激光切割目前已經(jīng)成為加工領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的切割方法，約占材料加工的60%以上。三維激光切割在激光切割的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，其具有切縫不變形、加工精度高、切割速度快、切口無毛刺、不受加工形狀限制且熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，特別是在切割圓形不銹鋼薄壁鋼管方面意義重大。不銹鋼薄壁圓管由于具有經(jīng)久耐用外觀靚麗等優(yōu)點(diǎn)，因此被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，作為明管的安裝材料有著衛(wèi)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在生活用水、煤氣管路、消防管網(wǎng)、供暖系統(tǒng)中也有著廣泛的應(yīng)用。但由于不銹鋼薄壁圓管存在剛性差、強(qiáng)度低的特點(diǎn)，在加工切割時(shí)容易造成變形。因此設(shè)計(jì)適用于不銹鋼薄壁圓管切割的夾具意義重大，不僅能夠提高加工質(zhì)量同時(shí)也能夠提高大規(guī)模生產(chǎn)的效率。

1 激光切割

1.1 激光切割的機(jī)理及分類

激光切割的原理為重復(fù)或者連續(xù)的脈沖激光，在切割時(shí)激光聚集為極小的光斑，此時(shí)光斑的功率密度是特別高的，被光斑照射到的材料會(huì)急速的融化，使之汽化或者液化，在切割材料表面形成小孔，通過激光或者切割材料的移動(dòng)，是小孔連續(xù)形成一條細(xì)小的切割線，通過激光連續(xù)或者重復(fù)照射，并且應(yīng)用與激光同軸的高速氣流吹除已經(jīng)融化的物質(zhì)，從而達(dá)到切斷被切割工件的目的。通常輔助氣體的選擇根據(jù)被切割工件的不同而不同。對(duì)于不銹鋼薄壁圓管通常不采用氧氣作為輔助氣體，因?yàn)橛醚鯕馇懈顣r(shí)所產(chǎn)生的溫度會(huì)很高，導(dǎo)致氧氣和不銹鋼產(chǎn)生鐵氧反應(yīng)，在切口會(huì)形成黑色物質(zhì)，影響美觀，同時(shí)奧氏體不銹鋼中含有鎳鉻等元素，這回造成氧化層不完全導(dǎo)致切口處留下殘?jiān)?，同時(shí)切口間存在較大的粘附力。因此，輔助氣體最好選用高壓氬氣或者高壓氮?dú)獾榷栊詺怏w，這樣切割出來的切口切縫窄、表面平滑無殘?jiān)㈩伾y(tǒng)一，且能夠用于焊接。對(duì)于切割的分類可以從切割物理形式、輔助氣體、被切割材料方面考慮，可分為4類：控制斷裂切割、氧助熔切割、熔化切割、汽化切割。這樣看來對(duì)于不銹鋼薄壁圓管的切割應(yīng)該屬于熔化切割，其激光切割原理為高密度的激光作用于不銹鋼薄壁圓管表面，使照射部分迅速熔化，通過工件和光束的相對(duì)位移是鋼管形成切縫，同時(shí)應(yīng)用高壓氬氣或者氮?dú)鈱⑷刍奈镔|(zhì)吹掉，完成整個(gè)切割過程。此時(shí)不銹鋼圓管的切口具有表面平整、切面無殘?jiān)忍攸c(diǎn)，易于下道工序的使用。

1.2 三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管問題

如圖1所示為三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管系統(tǒng)，水平移動(dòng)的x軸y軸以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸z軸共同組成系統(tǒng)的工作臺(tái)。進(jìn)行切割時(shí)，激光不動(dòng)，通過x軸平移加上z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是不銹鋼管與激光產(chǎn)生相對(duì)位移，從而在鋼管上切割出空間曲線。但在切割過程中往往會(huì)由于薄壁不銹鋼管剛性太差，造成z軸的夾緊力使鋼管出現(xiàn)形變，加工精度受到影響，出現(xiàn)切割完成后不銹鋼圓管的切面呈現(xiàn)橢圓的形狀。同時(shí)由于不銹鋼圓管自身重力的作用，還可能出現(xiàn)圓管彎曲變形，切先割過程中預(yù)計(jì)的切割曲線出現(xiàn)偏差，使切口表面與不銹鋼圓管不是垂直關(guān)系，這些因素都會(huì)影響三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管的加工精度以及加工質(zhì)量。

2 夾具設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)時(shí)的具體要求包括：第一，要保證薄壁不銹鋼圓管（工件）在夾具中能夠準(zhǔn)確定位；第二，要盡量減小或消除圓管裝夾產(chǎn)生的裝夾變形和自身重力造成的翹曲變形，提高切割質(zhì)量；第三，夾具應(yīng)具有可調(diào)整性和一定的通用性；第四，夾具結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，圓管（工件）裝夾方便。以尺寸為長(zhǎng)×外徑×壁厚=90 mm×Φ60 mm×1 mm的薄壁不銹鋼圓管為例，根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)出的薄壁不銹鋼圓管三維激光切割?yuàn)A具結(jié)構(gòu)如圖2所示。該夾具為心軸、漲套可調(diào)式結(jié)構(gòu)。

其中左、右定位板與薄壁不銹鋼圓管之間的配合為H6/h5，右定位板5與定位夾緊套6之間的配合為E8/h7，定位夾緊套的內(nèi)外錐度及右定位板的內(nèi)錐度均為10 °。圓管裝夾過程為：先用緊定螺釘1將左定位板2固定在心軸3上，固定時(shí)使用定力矩扳手保證對(duì)稱布置的2個(gè)緊定螺釘受力相同，防止左定位板產(chǎn)生偏心；然后將其豎起，從心軸的另一端裝入圓管4，將右定位板5裝在心軸上并與圓管內(nèi)孔配合，安裝定位夾緊套6、墊圈7和彈簧10，并使定位夾緊套插入心軸與右定位板之間的間隙中，定位夾緊套的主視圖及左視圖如圖3所示；在定位夾緊套上加工出圓槽和3個(gè)均勻布置的螺釘孔，安裝時(shí)將墊片和彈簧放入圓槽中，然后將帶肩螺母9在心軸上擰緊，安裝定位夾緊套上均勻布置的3個(gè)調(diào)節(jié)螺釘8；通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘，進(jìn)一步提高圓管在夾具上的定位精度，至此，圓管完成裝夾。該夾具能夠有效地消除徑向夾緊力和圓管自身重力的影響，從而有效減小圓管的裝夾和翹曲變形，因而減小變形引起的形位誤差。定位夾緊套的自動(dòng)定心功能和均勻布置的3個(gè)調(diào)節(jié)螺釘可以保證圓管具有較高的定位精度。通過使用該夾具可以有效保證薄壁不銹鋼圓管的切割加工精度，提高其切割質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

通過實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了本夾具能夠有效地避免不銹鋼薄壁圓管在三維激光切割時(shí)，由于直接加裝而產(chǎn)生的圓管變形加工精度降低等問題。本夾具具有定位精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成品合格率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管工作中有力的輔助工具，值得各加工不銹鋼薄壁圓管的企業(yè)借鑒與使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 左鐵釧.21世紀(jì)的先進(jìn)制造：激光技術(shù)與工程[M].北京：科學(xué)出版社，2007：125.

[2] 洪蕾，米承龍，柳德金.旋轉(zhuǎn)氣流控制激光切割特種鋼薄板[J].中國(guó)激光，2007，34（4）：543-547.

[3] 王瓊娥，狄瑞坤，張海濤.三維激光切割技術(shù)在空間曲線加工中的應(yīng)用[J].機(jī)械制造，2005，43（490）：36-38.

[4] 郭艾.簡(jiǎn)析中國(guó)薄壁不銹鋼管市場(chǎng)狀況[J].建設(shè)工程選材指南，2006（7）：11-12.

[5] 詹華西，李艷華.3D激光切割機(jī)的MasterCAM后處理定制技術(shù)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2011（2）：151-153.

[6] 滕杰，王斌修.激光切割工業(yè)純鋁的工藝研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2009（8）：24-26.

[7] 茹冰偉，楊賀來.割縫篩管的激光切割[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2005（11）：23-25.

[8] 張永康，周建忠，葉云霞.激光加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：40.

[9] 洪蕾，吳鋼.激光加工技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：人民交通出版社，2008.endprint

摘 要：應(yīng)用三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管時(shí)，有與薄壁鋼管剛性差容易造成在切割過程中引起鋼管變形，通過對(duì)夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)能夠避免此種情況的出現(xiàn)，同時(shí)確保不銹鋼鋼管的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：夾具 不銹鋼圓管 薄壁 激光切割 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（a）-0062-02

隨著加工科技的飛速發(fā)展。傳統(tǒng)切割技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為高科技、高精度、高靈活性以及高效率的新型切割方法。在此種情況下，科技含量更高，切割手段更加先進(jìn)的激光切割技術(shù)也開始發(fā)展起來。激光切割目前已經(jīng)成為加工領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的切割方法，約占材料加工的60%以上。三維激光切割在激光切割的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，其具有切縫不變形、加工精度高、切割速度快、切口無毛刺、不受加工形狀限制且熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，特別是在切割圓形不銹鋼薄壁鋼管方面意義重大。不銹鋼薄壁圓管由于具有經(jīng)久耐用外觀靚麗等優(yōu)點(diǎn)，因此被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，作為明管的安裝材料有著衛(wèi)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在生活用水、煤氣管路、消防管網(wǎng)、供暖系統(tǒng)中也有著廣泛的應(yīng)用。但由于不銹鋼薄壁圓管存在剛性差、強(qiáng)度低的特點(diǎn)，在加工切割時(shí)容易造成變形。因此設(shè)計(jì)適用于不銹鋼薄壁圓管切割的夾具意義重大，不僅能夠提高加工質(zhì)量同時(shí)也能夠提高大規(guī)模生產(chǎn)的效率。

1 激光切割

1.1 激光切割的機(jī)理及分類

激光切割的原理為重復(fù)或者連續(xù)的脈沖激光，在切割時(shí)激光聚集為極小的光斑，此時(shí)光斑的功率密度是特別高的，被光斑照射到的材料會(huì)急速的融化，使之汽化或者液化，在切割材料表面形成小孔，通過激光或者切割材料的移動(dòng)，是小孔連續(xù)形成一條細(xì)小的切割線，通過激光連續(xù)或者重復(fù)照射，并且應(yīng)用與激光同軸的高速氣流吹除已經(jīng)融化的物質(zhì)，從而達(dá)到切斷被切割工件的目的。通常輔助氣體的選擇根據(jù)被切割工件的不同而不同。對(duì)于不銹鋼薄壁圓管通常不采用氧氣作為輔助氣體，因?yàn)橛醚鯕馇懈顣r(shí)所產(chǎn)生的溫度會(huì)很高，導(dǎo)致氧氣和不銹鋼產(chǎn)生鐵氧反應(yīng)，在切口會(huì)形成黑色物質(zhì)，影響美觀，同時(shí)奧氏體不銹鋼中含有鎳鉻等元素，這回造成氧化層不完全導(dǎo)致切口處留下殘?jiān)?，同時(shí)切口間存在較大的粘附力。因此，輔助氣體最好選用高壓氬氣或者高壓氮?dú)獾榷栊詺怏w，這樣切割出來的切口切縫窄、表面平滑無殘?jiān)㈩伾y(tǒng)一，且能夠用于焊接。對(duì)于切割的分類可以從切割物理形式、輔助氣體、被切割材料方面考慮，可分為4類：控制斷裂切割、氧助熔切割、熔化切割、汽化切割。這樣看來對(duì)于不銹鋼薄壁圓管的切割應(yīng)該屬于熔化切割，其激光切割原理為高密度的激光作用于不銹鋼薄壁圓管表面，使照射部分迅速熔化，通過工件和光束的相對(duì)位移是鋼管形成切縫，同時(shí)應(yīng)用高壓氬氣或者氮?dú)鈱⑷刍奈镔|(zhì)吹掉，完成整個(gè)切割過程。此時(shí)不銹鋼圓管的切口具有表面平整、切面無殘?jiān)忍攸c(diǎn)，易于下道工序的使用。

1.2 三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管問題

如圖1所示為三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管系統(tǒng)，水平移動(dòng)的x軸y軸以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸z軸共同組成系統(tǒng)的工作臺(tái)。進(jìn)行切割時(shí)，激光不動(dòng)，通過x軸平移加上z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是不銹鋼管與激光產(chǎn)生相對(duì)位移，從而在鋼管上切割出空間曲線。但在切割過程中往往會(huì)由于薄壁不銹鋼管剛性太差，造成z軸的夾緊力使鋼管出現(xiàn)形變，加工精度受到影響，出現(xiàn)切割完成后不銹鋼圓管的切面呈現(xiàn)橢圓的形狀。同時(shí)由于不銹鋼圓管自身重力的作用，還可能出現(xiàn)圓管彎曲變形，切先割過程中預(yù)計(jì)的切割曲線出現(xiàn)偏差，使切口表面與不銹鋼圓管不是垂直關(guān)系，這些因素都會(huì)影響三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管的加工精度以及加工質(zhì)量。

2 夾具設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)時(shí)的具體要求包括：第一，要保證薄壁不銹鋼圓管（工件）在夾具中能夠準(zhǔn)確定位；第二，要盡量減小或消除圓管裝夾產(chǎn)生的裝夾變形和自身重力造成的翹曲變形，提高切割質(zhì)量；第三，夾具應(yīng)具有可調(diào)整性和一定的通用性；第四，夾具結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，圓管（工件）裝夾方便。以尺寸為長(zhǎng)×外徑×壁厚=90 mm×Φ60 mm×1 mm的薄壁不銹鋼圓管為例，根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)出的薄壁不銹鋼圓管三維激光切割?yuàn)A具結(jié)構(gòu)如圖2所示。該夾具為心軸、漲套可調(diào)式結(jié)構(gòu)。

其中左、右定位板與薄壁不銹鋼圓管之間的配合為H6/h5，右定位板5與定位夾緊套6之間的配合為E8/h7，定位夾緊套的內(nèi)外錐度及右定位板的內(nèi)錐度均為10 °。圓管裝夾過程為：先用緊定螺釘1將左定位板2固定在心軸3上，固定時(shí)使用定力矩扳手保證對(duì)稱布置的2個(gè)緊定螺釘受力相同，防止左定位板產(chǎn)生偏心；然后將其豎起，從心軸的另一端裝入圓管4，將右定位板5裝在心軸上并與圓管內(nèi)孔配合，安裝定位夾緊套6、墊圈7和彈簧10，并使定位夾緊套插入心軸與右定位板之間的間隙中，定位夾緊套的主視圖及左視圖如圖3所示；在定位夾緊套上加工出圓槽和3個(gè)均勻布置的螺釘孔，安裝時(shí)將墊片和彈簧放入圓槽中，然后將帶肩螺母9在心軸上擰緊，安裝定位夾緊套上均勻布置的3個(gè)調(diào)節(jié)螺釘8；通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘，進(jìn)一步提高圓管在夾具上的定位精度，至此，圓管完成裝夾。該夾具能夠有效地消除徑向夾緊力和圓管自身重力的影響，從而有效減小圓管的裝夾和翹曲變形，因而減小變形引起的形位誤差。定位夾緊套的自動(dòng)定心功能和均勻布置的3個(gè)調(diào)節(jié)螺釘可以保證圓管具有較高的定位精度。通過使用該夾具可以有效保證薄壁不銹鋼圓管的切割加工精度，提高其切割質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

通過實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了本夾具能夠有效地避免不銹鋼薄壁圓管在三維激光切割時(shí)，由于直接加裝而產(chǎn)生的圓管變形加工精度降低等問題。本夾具具有定位精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成品合格率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管工作中有力的輔助工具，值得各加工不銹鋼薄壁圓管的企業(yè)借鑒與使用。

參考文獻(xiàn)

[1] 左鐵釧.21世紀(jì)的先進(jìn)制造：激光技術(shù)與工程[M].北京：科學(xué)出版社，2007：125.

[2] 洪蕾，米承龍，柳德金.旋轉(zhuǎn)氣流控制激光切割特種鋼薄板[J].中國(guó)激光，2007，34（4）：543-547.

[3] 王瓊娥，狄瑞坤，張海濤.三維激光切割技術(shù)在空間曲線加工中的應(yīng)用[J].機(jī)械制造，2005，43（490）：36-38.

[4] 郭艾.簡(jiǎn)析中國(guó)薄壁不銹鋼管市場(chǎng)狀況[J].建設(shè)工程選材指南，2006（7）：11-12.

[5] 詹華西，李艷華.3D激光切割機(jī)的MasterCAM后處理定制技術(shù)[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2011（2）：151-153.

[6] 滕杰，王斌修.激光切割工業(yè)純鋁的工藝研究[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2009（8）：24-26.

[7] 茹冰偉，楊賀來.割縫篩管的激光切割[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2005（11）：23-25.

[8] 張永康，周建忠，葉云霞.激光加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：40.

[9] 洪蕾，吳鋼.激光加工技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：人民交通出版社，2008.endprint

摘 要：應(yīng)用三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管時(shí)，有與薄壁鋼管剛性差容易造成在切割過程中引起鋼管變形，通過對(duì)夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)能夠避免此種情況的出現(xiàn)，同時(shí)確保不銹鋼鋼管的加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：夾具 不銹鋼圓管 薄壁 激光切割 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TG547 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）04（a）-0062-02

隨著加工科技的飛速發(fā)展。傳統(tǒng)切割技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展為高科技、高精度、高靈活性以及高效率的新型切割方法。在此種情況下，科技含量更高，切割手段更加先進(jìn)的激光切割技術(shù)也開始發(fā)展起來。激光切割目前已經(jīng)成為加工領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的切割方法，約占材料加工的60%以上。三維激光切割在激光切割的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，其具有切縫不變形、加工精度高、切割速度快、切口無毛刺、不受加工形狀限制且熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，特別是在切割圓形不銹鋼薄壁鋼管方面意義重大。不銹鋼薄壁圓管由于具有經(jīng)久耐用外觀靚麗等優(yōu)點(diǎn)，因此被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，作為明管的安裝材料有著衛(wèi)生環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)在生活用水、煤氣管路、消防管網(wǎng)、供暖系統(tǒng)中也有著廣泛的應(yīng)用。但由于不銹鋼薄壁圓管存在剛性差、強(qiáng)度低的特點(diǎn)，在加工切割時(shí)容易造成變形。因此設(shè)計(jì)適用于不銹鋼薄壁圓管切割的夾具意義重大，不僅能夠提高加工質(zhì)量同時(shí)也能夠提高大規(guī)模生產(chǎn)的效率。

1 激光切割

1.1 激光切割的機(jī)理及分類

激光切割的原理為重復(fù)或者連續(xù)的脈沖激光，在切割時(shí)激光聚集為極小的光斑，此時(shí)光斑的功率密度是特別高的，被光斑照射到的材料會(huì)急速的融化，使之汽化或者液化，在切割材料表面形成小孔，通過激光或者切割材料的移動(dòng)，是小孔連續(xù)形成一條細(xì)小的切割線，通過激光連續(xù)或者重復(fù)照射，并且應(yīng)用與激光同軸的高速氣流吹除已經(jīng)融化的物質(zhì)，從而達(dá)到切斷被切割工件的目的。通常輔助氣體的選擇根據(jù)被切割工件的不同而不同。對(duì)于不銹鋼薄壁圓管通常不采用氧氣作為輔助氣體，因?yàn)橛醚鯕馇懈顣r(shí)所產(chǎn)生的溫度會(huì)很高，導(dǎo)致氧氣和不銹鋼產(chǎn)生鐵氧反應(yīng)，在切口會(huì)形成黑色物質(zhì)，影響美觀，同時(shí)奧氏體不銹鋼中含有鎳鉻等元素，這回造成氧化層不完全導(dǎo)致切口處留下殘?jiān)?，同時(shí)切口間存在較大的粘附力。因此，輔助氣體最好選用高壓氬氣或者高壓氮?dú)獾榷栊詺怏w，這樣切割出來的切口切縫窄、表面平滑無殘?jiān)?、顏色統(tǒng)一，且能夠用于焊接。對(duì)于切割的分類可以從切割物理形式、輔助氣體、被切割材料方面考慮，可分為4類：控制斷裂切割、氧助熔切割、熔化切割、汽化切割。這樣看來對(duì)于不銹鋼薄壁圓管的切割應(yīng)該屬于熔化切割，其激光切割原理為高密度的激光作用于不銹鋼薄壁圓管表面，使照射部分迅速熔化，通過工件和光束的相對(duì)位移是鋼管形成切縫，同時(shí)應(yīng)用高壓氬氣或者氮?dú)鈱⑷刍奈镔|(zhì)吹掉，完成整個(gè)切割過程。此時(shí)不銹鋼圓管的切口具有表面平整、切面無殘?jiān)忍攸c(diǎn)，易于下道工序的使用。

1.2 三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管問題

如圖1所示為三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管系統(tǒng)，水平移動(dòng)的x軸y軸以及轉(zhuǎn)動(dòng)軸z軸共同組成系統(tǒng)的工作臺(tái)。進(jìn)行切割時(shí)，激光不動(dòng)，通過x軸平移加上z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是不銹鋼管與激光產(chǎn)生相對(duì)位移，從而在鋼管上切割出空間曲線。但在切割過程中往往會(huì)由于薄壁不銹鋼管剛性太差，造成z軸的夾緊力使鋼管出現(xiàn)形變，加工精度受到影響，出現(xiàn)切割完成后不銹鋼圓管的切面呈現(xiàn)橢圓的形狀。同時(shí)由于不銹鋼圓管自身重力的作用，還可能出現(xiàn)圓管彎曲變形，切先割過程中預(yù)計(jì)的切割曲線出現(xiàn)偏差，使切口表面與不銹鋼圓管不是垂直關(guān)系，這些因素都會(huì)影響三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管的加工精度以及加工質(zhì)量。

2 夾具設(shè)計(jì)

夾具設(shè)計(jì)時(shí)的具體要求包括：第一，要保證薄壁不銹鋼圓管（工件）在夾具中能夠準(zhǔn)確定位；第二，要盡量減小或消除圓管裝夾產(chǎn)生的裝夾變形和自身重力造成的翹曲變形，提高切割質(zhì)量；第三，夾具應(yīng)具有可調(diào)整性和一定的通用性；第四，夾具結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，圓管（工件）裝夾方便。以尺寸為長(zhǎng)×外徑×壁厚=90 mm×Φ60 mm×1 mm的薄壁不銹鋼圓管為例，根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)出的薄壁不銹鋼圓管三維激光切割?yuàn)A具結(jié)構(gòu)如圖2所示。該夾具為心軸、漲套可調(diào)式結(jié)構(gòu)。

其中左、右定位板與薄壁不銹鋼圓管之間的配合為H6/h5，右定位板5與定位夾緊套6之間的配合為E8/h7，定位夾緊套的內(nèi)外錐度及右定位板的內(nèi)錐度均為10 °。圓管裝夾過程為：先用緊定螺釘1將左定位板2固定在心軸3上，固定時(shí)使用定力矩扳手保證對(duì)稱布置的2個(gè)緊定螺釘受力相同，防止左定位板產(chǎn)生偏心；然后將其豎起，從心軸的另一端裝入圓管4，將右定位板5裝在心軸上并與圓管內(nèi)孔配合，安裝定位夾緊套6、墊圈7和彈簧10，并使定位夾緊套插入心軸與右定位板之間的間隙中，定位夾緊套的主視圖及左視圖如圖3所示；在定位夾緊套上加工出圓槽和3個(gè)均勻布置的螺釘孔，安裝時(shí)將墊片和彈簧放入圓槽中，然后將帶肩螺母9在心軸上擰緊，安裝定位夾緊套上均勻布置的3個(gè)調(diào)節(jié)螺釘8；通過調(diào)整調(diào)節(jié)螺釘，進(jìn)一步提高圓管在夾具上的定位精度，至此，圓管完成裝夾。該夾具能夠有效地消除徑向夾緊力和圓管自身重力的影響，從而有效減小圓管的裝夾和翹曲變形，因而減小變形引起的形位誤差。定位夾緊套的自動(dòng)定心功能和均勻布置的3個(gè)調(diào)節(jié)螺釘可以保證圓管具有較高的定位精度。通過使用該夾具可以有效保證薄壁不銹鋼圓管的切割加工精度，提高其切割質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

通過實(shí)際應(yīng)用，驗(yàn)證了本夾具能夠有效地避免不銹鋼薄壁圓管在三維激光切割時(shí)，由于直接加裝而產(chǎn)生的圓管變形加工精度降低等問題。本夾具具有定位精準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、成品合格率高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是三維激光切割不銹鋼薄壁圓形鋼管工作中有力的輔助工具，值得各加工不銹鋼薄壁圓管的企業(yè)借鑒與使用。

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