数控火焰切割机热变形理论及处置

时间：2014-08-14

数控火焰切割机热变形理论及处置

    数控火焰切割机的加工热变形问题是目前企业实操应用过程中较为常见的一类状况，考虑到火焰热加工的工作原理，我们可以认为数控火焰切割机的热变形问题是无法从本质上杜绝的，但从工业化生产应用来说，通过一些处置措施能将热变形问题的影响降低到较小。本文由武汉嘉倍徳科技技术部编辑整理，详细就数控火焰切割机热变形的成因理论以及企业生产过程中的预防处置手段详细说明。希望能给更多深受相关问题困扰的操作人员一些帮助和参考。

一、数控火焰切割机热变形成因理论
    切割焰温度在数控火焰切割机加工过程中起着很重要的作用，它的预热时间长短、切割气体压力供给、切割速度设计都直接影响数控火焰切割机的加工质量效果、切割件的热变形影响。在实际生产加工中，由于工件毛坯内部的残留应力变形及热切割产生的热应力变形，故应****切割焰体的温度和切割材料厚度的匹配，进而实现封闭式切割，尽可能避免开放式切割而发生变形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形式切割，对于方形毛坯件，在编程时应注意选择好切割路线(或切割方向)。切割路线应有利于**工件在加工过程中始终与割炬于切割材料面保持在同一坐标系，避开应力变形的影响。
    数控火焰切割机割炬固定在左端，从葫芦形凸模左侧，按逆时针方向进行切割，整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小，毛坯右侧与夹具逐渐脱离，无法抵抗内部残留应力而发生变形，工件也随之变形。若按顺时针方向切割，工件留在毛坯的左侧，靠近夹持部位，大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中，刚性较好，避免了应力变形。一般情况下，合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端，即将暂停点（支撑部分）留在靠近毛坯夹持端的部位。
    一般情况下，切割件外形规则时，数控火焰切割机加工常将预留连接部分(暂停点，即为使工件在*1次的粗割后不与毛坯*分离而预留下的一小段切割轨迹线)留在平面位置上，大部分精割完毕后，对预留连接部分只做一次切割，以后再由钳工修磨平整，这样可减少数控火焰切割机在加工过程上的加工费用。硬质合金等材质由于材料硬度高及形状狭长等特点，导致数控火焰切割机加工速度慢且容易变形，特别在其形状不规则的情况下，预留连接部分的修磨给钳工带来很大的难度。因此在数控火焰切割机加工阶段可对工艺进行适当的调整，使外形尺寸精度达到要求，免除钳工装配前对暂停点的修磨工序。

二、数控火焰切割机热变形处置
    在数控火焰切割机加工前，材料可能已进行过冷加工、热加工，内部已产生了较大的残留应力，而残留应力是一个相对平衡的应力系统，在线切割去除大量废料时，应力随着平衡遭到破坏而释放出来。因此，数控火焰切割机加工时，随着原有内应力的作用及割炬焰体所产生的加工热应力的影响，将产生不定向、无规则的变形，使后面的切割厚薄不均，影响了加工质量和加工精度。针对此种情况，对精度要求比较高的模板，通常采用多次切割加工。
    **次切割将所有型孔的废料切掉，取出废料后，再由数控火焰切割机床的自动移位功能，完成后续切割。通过多次切割去除废料后完成整体轮廓的加工。这种切割方式能使每个型孔加工后有足够的时间释放内应力，能将各个型孔因加工顺序不同而产生的相互影响、微量变形降低到较小程度，较好地**切割件的加工尺寸精度。但是这样加工时间太长，火焰穿孔次数多，工作量大，增加了数控火焰切割机的使用成本。另外设备本身随加工时间的延长及温度的波动也会产生蠕变。因此，根据实际测量和比较，切割件在加工精度允许的情况下，可采用一次统一加工取废料不变，而将后续的切割合在一起进行切割。
    同上文中我们所例举的硬质合金材料来看，其数控火焰切割机的热变形处置应考虑到硬质合金硬度高，切割厚度大，在切割过程中容易导致加工速度慢，扭转变形严重等问题。建议大部分外形加工及预留连接部分(暂停点)的加工均采取多次切割方式且两部分的切割参数和偏移量均一致。**次切割件偏移量加大至0.3-0.5mm，以使工件充分释放内应力及*扭转变形，在后续切割中能够有足够余量进行精割加工，这样可使工件最后尺寸得到**。相关工艺处置流程说明如下：
    1. 预先在毛坯的适当位置用穿孔机或数控火焰切割机成形机加工好Φ1.0-Φ1.5mm圆孔，圆孔中心与切割件轮廓线间的引入切割线段长度选取1-3mm。
　 2. 切割件的轮廓线与毛坯边缘的宽度应至少**在毛坯厚度的1/5。
　 3. 为后续切割预留的连接部分(暂停点)应选择在靠近工件毛坯**部位，宽度选取3—4mm(取决于工件大小)
　 4. 为补偿扭转变形，将大部分的残留变形量留在**次粗割阶段，增大偏移量至0.15—0.18mm。后续加工采用精割方式，由于切割余量小，变形量也变小了。

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