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數(shù)控火焰切割機熱變形理論及處置

    數(shù)控火焰切割機的加工熱變形問題是目前企業(yè)實操應用過程中較為常見的一類狀況，考慮到火焰熱加工的工作原理，我們可以認為數(shù)控火焰切割機的熱變形問題是無法從本質(zhì)上杜絕的，但從工業(yè)化生產(chǎn)應用來說，通過一些處置措施能將熱變形問題的影響降低到較小。本文由武漢嘉倍徳科技技術部編輯整理，詳細就數(shù)控火焰切割機熱變形的成因理論以及企業(yè)生產(chǎn)過程中的預防處置手段詳細說明。希望能給更多深受相關問題困擾的操作人員一些幫助和參考。

一、數(shù)控火焰切割機熱變形成因理論
    切割焰溫度在數(shù)控火焰切割機加工過程中起著很重要的作用，它的預熱時間長短、切割氣體壓力供給、切割速度設計都直接影響數(shù)控火焰切割機的加工質(zhì)量效果、切割件的熱變形影響。在實際生產(chǎn)加工中，由于工件毛坯內(nèi)部的殘留應力變形及熱切割產(chǎn)生的熱應力變形，故應首先保證切割焰體的溫度和切割材料厚度的匹配，進而實現(xiàn)封閉式切割，盡可能避免公開式切割而發(fā)生變形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能進行封閉形式切割，對于方形毛坯件，在編程時應注意選擇好切割路線(或切割方向)。切割路線應有利于保證工件在加工過程中始終與割炬于切割材料面保持在同一坐標系，避開應力變形的影響。
    數(shù)控火焰切割機割炬固定在左端，從葫蘆形凸模左側(cè)，按逆時針方向進行切割，整個毛坯依據(jù)切割路線而被分為左右兩部分。由于連接毛坯左右兩側(cè)的材料越割越小，毛坯右側(cè)與夾具逐漸脫離，無法抵抗內(nèi)部殘留應力而發(fā)生變形，工件也隨之變形。若按順時針方向切割，工件留在毛坯的左側(cè)，靠近夾持部位，大部分切割過程都使工件與夾具保持在同一坐標系中，剛性較好，避免了應力變形。一般情況下，合理的切割路線應將工件與夾持部位分離的切割段安排在總的切割程序末端，即將暫停點（支撐部分）留在靠近毛坯夾持端的部位。
    一般情況下，切割件外形規(guī)則時，數(shù)控火焰切割機加工常將預留連接部分(暫停點，即為使工件在第1次的粗割后不與毛坯完全分離而預留下的一小段切割軌跡線)留在平面位置上，大部分精割完畢后，對預留連接部分只做一次切割，以后再由鉗工修磨平整，這樣可減少數(shù)控火焰切割機在加工過程上的加工費用。硬質(zhì)合金等材質(zhì)由于材料硬度高及形狀狹長等特點，導致數(shù)控火焰切割機加工速度慢且容易變形，特別在其形狀不規(guī)則的情況下，預留連接部分的修磨給鉗工帶來很大的難度。因此在數(shù)控火焰切割機加工階段可對工藝進行適當?shù)恼{(diào)整，使外形尺寸精度達到要求，免除鉗工裝配前對暫停點的修磨工序。

二、數(shù)控火焰切割機熱變形處置
    在數(shù)控火焰切割機加工前，材料可能已進行過冷加工、熱加工，內(nèi)部已產(chǎn)生了非常大的殘留應力，而殘留應力是一個相對平衡的應力系統(tǒng)，在線切割去除大量廢料時，應力隨著平衡遭到破壞而釋放出來。因此，數(shù)控火焰切割機加工時，隨著原有內(nèi)應力的作用及割炬焰體所產(chǎn)生的加工熱應力的影響，將產(chǎn)生不定向、無規(guī)則的變形，使后面的切割厚薄不均，影響了加工質(zhì)量和加工精度。針對此種情況，對精度要求比較高的模板，通常采用多次切割加工。
    靠前次切割將所有型孔的廢料切掉，取出廢料后，再由數(shù)控火焰切割機床的自動移位功能，完成后續(xù)切割。通過多次切割去除廢料后完成整體輪廓的加工。這種切割方式能使每個型孔加工后有足夠的時間釋放內(nèi)應力，能將各個型孔因加工順序不同而產(chǎn)生的相互影響、微量變形降低到較小程度，較好地保證切割件的加工尺寸精度。但是這樣加工時間太長，火焰穿孔次數(shù)多，工作量大，增加了數(shù)控火焰切割機的使用成本。另外設備本身隨加工時間的延長及溫度的波動也會產(chǎn)生蠕變。因此，根據(jù)實際測量和比較，切割件在加工精度允許的情況下，可采用一次統(tǒng)一加工取廢料不變，而將后續(xù)的切割合在一起進行切割。
    同上文中我們所例舉的硬質(zhì)合金材料來看，其數(shù)控火焰切割機的熱變形處置應考慮到硬質(zhì)合金硬度高，切割厚度大，在切割過程中容易導致加工速度慢，扭轉(zhuǎn)變形嚴重等問題。建議大部分外形加工及預留連接部分(暫停點)的加工均采取多次切割方式且兩部分的切割參數(shù)和偏移量均一致�？壳按吻懈罴�偏移量加大至0.3-0.5mm，以使工件充分釋放內(nèi)應力及完全扭轉(zhuǎn)變形，在后續(xù)切割中能夠有足夠余量進行精割加工，這樣可使工件較后尺寸得到保證。相關工藝處置流程說明如下： 
    1. 預先在毛坯的適當位置用穿孔機或數(shù)控火焰切割機成形機加工好Φ1.0-Φ1.5mm圓孔，圓孔中心與切割件輪廓線間的引入切割線段長度選取1-3mm。
　  2. 切割件的輪廓線與毛坯邊緣的寬度應至少保證在毛坯厚度的1/5。
　  3. 為后續(xù)切割預留的連接部分(暫停點)應選擇在靠近工件毛坯重心部位，寬度選取3—4mm(取決于工件大小)
　  4. 為補償扭轉(zhuǎn)變形，將大部分的殘留變形量留在靠前次粗割階段，加大偏移量至0.15—0.18mm。后續(xù)加工采用精割方式，由于切割余量小，變形量也變小了。

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