工作研究
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金
（中联重科股份有限公司混凝土泵送机械分公司，湖南 长沙 410013）
一、概述
随着研究技术的不断发展，各产品轻量化设计逐渐凸显，各种镂空减重设计应用于各类零件中。零件的长宽比也因产品的设计需求日趋增大，零件的最大长宽比高达30:1。细长又镂空的零件在下料切割时变形也越来越难控制。而零件的外轮廓采用异形设计也限制了采用机加工艺来纠正切割变形，所以控制零件切割变形，保证产品合格率，成为唯一解决途径。 以下是一组同种零件的检测旁弯值，单位：mm，标准值：4mm。从检测数据看该零件切割后的旁弯值全部超出标准值，严重不合格。本文将从变形现状、原因、对策及固化进行系列阐述，到 旁弯值单位：mm 零件 1 2 3 4 5 6 7 8
旁弯值 15 14 13 12 20 18 15 12制作糖果盒
电解提银当零件发生旁弯后，只能依靠需大量人力、物力、场地和时
间来火校正返修，且火校正存在一定安全及质量隐患，亟需改进。
1 切割变形原因
钢板经热轧后内部及上下表面存在残余应力，如果残余应力
沿钢板宽度和长度方向呈不均匀分布，将会对钢板截面产生一个 力矩，使钢板在切割后产生翘曲。
同时切割过程中还有大量的热变形产生，切割时金属受局部
高温热源的影响沿切割方向急剧膨胀，而周围母板金属又限制其
膨胀，使切口边缘金属产生应力，当应力超过金属屈服强度时，
绕线电阻会产生压缩塑性变形，随之冷却就会收缩，冷却到室温时，因受
周围母材金属的限制，沿切割方向会产生一定的缩短变形，同时
内部有一定的残余拉应力，这就是产生切割变形的原因所在。
2 主要切割方法的切割特性
表2.1 两种热切割方法的功率密度和切割板材最大厚度
切割方法 功率密度（W/cm 2
） 可切割板材的最大厚度（mm）
等离子切割 105~106 200（不锈钢）
激光切割 106~109 80（碳素钢）
由此可见，功率密度高的切割方法其所能切割的钢材厚度反
而小，但切割精度提高。
沥青拌合站筛网切割时钢材受热量和热影响区宽度也有所差异。
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激光切割方法材料的受热量较少通常，材料遭受的加热越多，
热影响区的宽度也越大，下表为切割碳素钢时热影响区宽度的实
验数据及对比资料。
等离子切割的热影响区宽度约为激光切割的6~8倍，另外随
着板厚的增大，热影响区也随之增大。
3 切割变形的控制手段
通过以下几种方式可以防止和减少切割切割变形。
3.1 限制多余的热输入量 材料受热越多变形也越大，因此要尽量避免材料遭受不必要
的、过多的加热，其主要方法有：
3.1.1 选用合适的割嘴号码，不宜偏大；
3.1.2 选择合适的切割速度，在中薄板的直线切割时，将割炬后倾可以加大切割速度；
3.1.3 使用共边切割，减少切割次数，降低材料受热量，同时也能提升切割效率；
3.2 使工件对称边同时受热
材料或工件两对称边同时加热，特别是切割长条形零件时，因其热变形方向相反，能相互抵消。这样可以大大减少变形，其
具体方法主要有： 3.2.1 材料的两条对称边同时切割，或者一条边切割时一条边同时加热； 3.2.2 切割狭长板条时，使用双割嘴或多割嘴同时切割； 3.2.3 使用单割嘴切割板条时，采取对称边轮流切割法； 3.3 限制零件变形法 3.3.1 设置“过桥”法，即在相邻零件的切割线上，根据零件
形状在某些位置保留一小段（长度10~15mm）暂时不割开，使零件相互牵制，抑制其变形和位移。 3.2.2 端部限制法，即在钢板的两端，距离端部5-10mm 的切
割线附近用手工割炬先割出3~5mm*50mm 的长孔；然后用半自动
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切割机从长孔处起割，并依次割完所有的切割线，最后再沿板端切割线割开。由于板条两端被固定，而侧向弯曲又受到相邻板条的限制，因此所割除的工件基本无侧弯； 3.2.3 迂回割入法，即在套料的钢板上切割零件时，为避免从板内打孔起割的操作上的麻烦，往往采用从板边割入的办法，若直接由板边割入，由于受热后板边张开，零件就会发生位移，精度变差。对此，可以采取迂回割入法。此时
板边不易张开，限制了零件在切割过程中产生位移，能提高零件精度； 3.4采用恰当的切割顺序 3.4.1 先从板的内部切割尺寸小，外形复杂及精度要求高的零件，后切割尺寸大，形状简单的零件； 3.4.2 先切割零件内部的开孔，后切割外形； 3.4.3 把钢板上的套料零件割完后再将周围的废边割断； 3.4.4 按照板厚及零件形状选择合适的套料间距； 3.5强冷法 在切割过程中向切口附近强加冷却的一种方式。强冷法是基于以上方法均采用过都无法解决切割变形则需采取的方式。强冷法的实现有如下几种。 3.5.1 切割后冷却再切割，即一张钢板上同时切割两个或多个细长零件，则考虑将钢板先切割成多个细长件，然后待切割后的钢板完全冷却后再进行零件的切割，这样可以大大提升零件切割后的精度。 针对板厚为12mm 的高强钢细长镂空零件，最终通过此方法同时结合套料间距优化成30mm，同时优化切割顺序，最终成功解决此类零件的旁弯现象。 3.5.2 洒水冷却法，即在切割过程中向切口附近洒水进行冷却也是防止气割变形的一种有效方法。但此方法需慎用，因洒水量过多，既影响切割操作，又对切割设备不利，而且废水处理也是一个问题，通常0.5~1L/min 为宜。同时水的冷却作用对切口区的材质有不良的影响，甚至会造成切割面产生裂纹。 4 结语
由于等离子切割和激光切割同属于热切割工艺，切割热变形一定程度存在，但通过本文阐述的几种方法的综合应用，均能到细长不过则件的切割变形的控制方法。同时结合套料选择合适的套料间距，程序编制时采用合理的切削参数和切割顺序，最大限度的约束工件，使工件最大面最后脱离板材也都是控制变形的有效手段。
参考文献
[1]李亚江 等编著 切割技术及应用 化学工业出版社 2004 [2]梁桂芳 主编 切割技术手册 机械工业出版社1997.5
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