山推推土机板材件切割工艺概述

2015-11-16李贺德李勇丁志远徐宗磊

金属加工(热加工) 2015年3期

李贺德，李勇，丁志远，徐宗磊

推土机包括主机架、驾驶室、台车、工作装置、底板翼板、底盘等部件，使用原材料可分为板材件、型材件、铸件、锻件等。其中板材件质量占推土机总质量的一半以上，板材厚度从1.5～130mm不等，材质近30种。目前，推土机板材件切割生产工艺主要包括激光切割、等离子弧切割及火焰切割等。

一、激光切割

1. 激光切割原理

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹出熔融物质，从而实现将工件割开，装备如图1所示。

2. 激光切割特点及主要适用范围

激光切割的优点是切割质量好，较火焰切割速度较快；缺点是激光切割由于受激光器功率和设备体积限制，只能切割中小厚度板材，且随着工件厚度增加，切割速度明显下降。推土机驾驶室上面板材件板厚多在1.5～5mm，采用激光切割下料；另外，对于一些孔距要求较严的工件，为减少工序节约成本，多采用激光切割，用于激光切割的板材件板厚不超过16mm（见图2~图4）。

二、等离子弧切割

1. 等离子弧切割原理

等离子弧切割就是利用最佳喷嘴圆孔压挤高温、电离气体形成等离子电弧，靠电弧热量使工件切口处金属局部熔化和蒸发，并借等离子高压气流吹掉被熔化金属而形成切口的一种加工方法。切割用等离子电弧温度一般在10000～14000℃。

图1 激光切割机

图2 驾驶室部分工件激光排料示意

图3 等离子弧切割机

图4 某切板件

2. 等离子弧切割的特点及主要适用范围

等离子弧切割优点是具有多功能、高效、高速、高精度、低劳动强度及高度自动化，切割厚度不大的普通碳素钢薄板时，切割速度为火焰切割的5～6倍，切割面光洁、热变形小。但等离子弧流从喷嘴射出后，气能量密度、流速及温度迅速下降，这就造成切割时在板厚方向温度分布不均，易造成切口上方熔化下方挂渣、上宽下窄的缺陷，随着切割厚度增加这种现象越严重，且切割速度和切割质量亦急剧下降。一般等离子弧切割法适用于薄板切割，比较适合16mm以下对直线度有要求的较长工件的切割。

3. 等离子弧切割质量分析

切割工件质量常会受到一些因素影响，从而产生尺寸误差或外观缺陷。以下是常出现的一些质量问题及影响因素，可据此做适当调整，以满足尺寸的精度要求。

（1）割缝太宽（零件偏小）出现这种现象可能是喷嘴损坏、割炬高度（弧柱电压）太高、电流过大、气体流量不足或速度太慢等原因所至。其中任何一种因素都会使弧柱拉长、割缝拉宽。此外，割缝补偿不当（太小）也会导致这种现象。

（2）割缝太窄（零件偏大）这种现象可能是割炬太低、电流过小、气体流量太大或速度太快等所导致。因为这些因素使弧柱收缩从而导致割缝太窄。此外，割缝补偿不当（太大）也会导致工件偏大。

（3）倾斜角就是指割缝边角度倾斜角为0˚切割称为垂直切割，即割炬与工件表面垂直。大多数等离子弧割炬使用的是顺时针旋转的等离子气体流，这样沿着割炬运行方向的右侧得到的是垂直切割边。对于普通等离子割炬而言，切割倾斜角通常是好的那边为1˚～3˚，差的那边为3˚～8˚。高精度等离子弧切割系统得到倾斜角会小一些。尽管一些倾斜是因为等离子过程中喷射气体喷出时的形状而固有，但它能够被减少。

（4）正偏角（上窄下宽）产生这种现象可能是因为喷嘴损坏、割炬高度（弧电压）太高、电流太小或速度太快等，这些因素都会造成等离子弧滞后从而导致割缝顶部能量大于底部。此外，切割方向不当也可能导致正偏角。一个带有严重正偏角的工件，在其底边缘可能有坚硬的粒状挂渣。

（5）负偏角（上宽下窄）产生这种现象可能是因为割炬高度（弧电压）太低，电流太大或速度太慢等，这些因素能使弧柱在底部熔掉更多金属。通常，工件上自始至终的负偏角会产生低速挂渣。

（6）不规则偏角（同一工件上既有正偏角又有负偏角）这种情况通常说明喷嘴已坏，割炬不垂直或电极和喷嘴没有对齐。这些因素都会导致弧柱偏离垂直方向。通常是工件一侧为正偏角，相反一侧为负偏角。因此工件横截面看起来是个平行四边形而不是个矩形。有些切面可能不是平坦的，而是两面凹凸。这些都表明喷嘴严重损坏或电极和喷嘴严重错位。

三、火焰切割

火焰切割是最原始最常用的，同时又是在钢板制造和钢板加工工业中应用最灵活的热切割方法。在钢板下料生产中，火焰切割主要应用于垂直和坡口切割工作。火焰切割法适应范围宽，切割质量稳定，最适合切割低碳钢，尤其是厚度在20mm以上的钢板切割。

1. 火焰切割原理

钢板火焰切割过程是从钢的加热开始。首先，由割嘴预热火焰将被切割件起割点加热到钢的燃点，打开切割氧流，使该点铁在氧气中燃烧，燃烧产生热量通过熔渣逐渐向钢下层传递，铁燃烧在整个厚度上进行，切割过程中所产生的氧化物和熔渣被切割氧流从切口处排掉，随着割炬有规则的移动，割嘴经过之处就形成一条割缝，从起点到终点也就实现了工件切割分离的全过程（见图5）。