细长板材切割的质量控制措施

等离子切割方法作为高速切割低碳钢、低合金钢及不锈钢等板材的加工方法，由于具备速度快、切割面质量高等优点而被广...

等离子切割方法作为高速切割低碳钢、低合金钢及不锈钢等板材的加工方法，由于具备速度快、切割面质量高等优点而被广泛应用。但在切割金属板材时，由于金属受局部高温热源、切割顺序等因素的影响，导致切割质量难于控制，特别是细长金属件。本文结合试验数据进行分析和总结，为提高细长金属板材切割质量提供参考。

拉板作为履带起重机的主要组成部分及受力部件，在使用过程中拉板质量的优劣，直接影响履带起重机整机使用性、可靠性和安全性。由于切割拉板时受局部高温热源、切割顺序等因素的影响，导致切割质量难于控制，特别是细长件拉板，很容易产生旁弯现象。因此拉板质量的合理控制，一直是履带起重机产品生产中需要攻克的难题。

目前，260~4 000t级履带起重机均采用拉板的结构形式（见图1）。

数控精细等离子切割机介绍

目前公司常用的中厚板材切割下料设备主要有数控火焰切割机、数控等离子切割机。其中数控精细等离子切割机以其切割效率高、切割面质量好等优点用于拉板的切割。我公司梅塞尔数控精细等离子切割机和相关技术参数分别如图2和表1所示。

履带起重机拉板切割质量控制

（1）拉板切割质量现状

就目前而言，由于技术水平、局部高温热源、切割顺序等因素，导致拉板存在两种主要缺陷：①拉板旁弯。②切割面存在较大倾斜度。

（2）拉板切割主要缺陷原因分析

拉板旁弯：由于原材料钢板制造采用热轧、冷却等工艺流程，不可避免地存在不均匀的残余内应力。当拉板切割时，由于金属受局部高温热源的影响沿切割方向急剧膨胀，而周围板材金属又限制其膨胀，使切口边缘金属产生压应力，当应力超过金属屈服强度时，金属发生压缩塑性变形，冷却后沿切割方向产生一定的缩短变形，加上内部存有的残余内应力，这种缩短变形会随着切割先后顺序有不同的变化。当用等离子切割拉板时，由于细长拉板两边切割的先后顺序不同，两边缩短量不一样而造成拉板旁弯变形（见图3）。

当拉板沿着A→B→C→D→A的顺序切割时，BC边受到等离子切割高温热源的影响，热量在局部迅速聚集，不能及时散去，沿切割方向急剧膨胀，受到周围板材的抑制而产生压缩，同时在内部形成了应力；当切割DA边时，由于此时其他三个边均已切割完毕，DA边的散热效果最差，所以热量集中比BC边大，热膨胀受到的热应力也高于BC边，造成DA边收缩量大于BC边从而产生旁弯，图3中的a即为旁弯量，拉板越长，旁弯量越明显。

借助六西格玛分析工具，采用方差分析，通过样本量计算、数据收集、稳定性分析、正态性分析、等方差检验、均值检验及残差检验，确定切割速度对拉板旁弯变形存在较大影响，切割速度越快，旁弯变形量越大。采用2t检验，通过样本量计算、数据收集、稳定性分析、正态性分析及比较平均，确定喷嘴直径对拉板旁弯变形影响较小。

切割面存在较大倾斜度：在切割过程中，很容易出现切割面斜度较大的问题，对拉板的后续镗孔加工影响较大，经常出现组合拉板（两拉板双联，三联）连接时，穿不上轴的问题。

经采用与分析喷嘴直径对拉板旁弯变形影响程度相同的分析方法，得知喷嘴直径对切割面倾斜度存在较大影响。

（3）拉板切割质量控制方法研究

拉板旁弯控制方法：为了解决拉板切割过程中的旁弯变形问题，我们根据生产的需要，制定了下面两种切割方案，分别如图4、图5所示。

为了找到拉板旁弯的有效控制方法，确定以进口和国产960钢板为研究对象，拉板长6 000mm，宽85mm，厚15mm。切割方案一的切割顺序为AB→CD→CB→AD，切割方案二的切割顺序为AB→CD→EF→BC→DE→FA。对两种方案分别进行试验并测量拉板旁弯量，具体试验数据如表2所示。通过试验可知，板材通过校平工序，采用切割方案二和1.2 m/min的切割速度，其拉板旁弯量较小。

本次试验由于数据量所限仅能表现出不同条件下拉板旁弯量的变化趋势，如若想得到最佳控制方案，可借助六西格玛分析工具中的DOE试验，得出最优切割方案及相应参数。

切割面存在较大倾斜度控制方法：通过喷嘴直径的时间序列（见图6），可知当切割时间超过100min时，喷嘴直径达到2.10mm。通过表3可知，当喷嘴直径达2.1mm时，切割面倾斜度均可被公司所接受，而且此时更换喷嘴的生产成本等同于继续使用该喷嘴导致不良的返修成本，所以此时更换喷嘴不会造成浪费。切割100min后的喷嘴与新喷嘴对比如图7所示。

结语

拉板是履带起重机的主要组成部分及受力部件，其质量好坏直接影响起重机整机的使用性、可靠性和安全性。由于拉板零件本身的结构形式决定了在切割过程中很容易出现变形问题，如旁弯等，通过分析影响切割过程因素，利用分析工具对出现的问题进行统计分析，查找关键点，同时结合操作人员经验，能够较好的解决这些问题。

通过文中采取的措施，目前本公司生产的拉板下料件的变形率已经显著降低，有效降低了返修成本并提高了生产效率。希望本公司的相关经验能够给制造企业提供一定的参考。

作者简介：李新群孙跃李长洲，徐工集团工程机械股份有限公司建设机械分公司。

文章来源：《金属加工（热加工）》2016年第10期。

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