液压支架零部件的切割变形控制.pdf

2 0 1 6 年第 1 期 童 聪茬 科枝 l 8 7 液压支架零部件的切割变形控制 王迎春 大同煤矿集团装备公司中央机厂 ，山西 大同0 3 7 0 0 1 摘要针对液压支架零部件在切割时产生的各种热变形情况及异形件进行具体分析、找出原因，并总结出减小切割热变 形 的方 法 。 关键词数控 火焰切割机编套工艺异形件热 变形 变形控制 中图分类号T D3 5 5 ．4 7 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 0 1 ． 0 8 0 De f or m a t i o n c on t r o l o f c ut t i ng pa r t o f num e r i c a l c on t r o l fla m e c u t t i ng m a c hi ne W a n gYi ng - c h u n D a t o n g C o a l Mi n e G r o u p C o ． ， L t d ． c e n t r a l ma c h i n e f a c t o r y , S h a n x i Da t o n g 0 3 7 0 0 1 Ab s t r a c t I n t h e c u ri n g p r o c e s s o f the s t e e l p l a t e i n the n u me ric a l c o n t r o l fl a me c u r i n g ma c h i n e ， a v a r i e t y o f the r ma l d e f o r ma t i o n a n d a b n o r ma l p a r t s i s a n a l y z e d ，fi n d o u t t h e r e a s o n s ， a n d t o s u m u p t h e m e t h o d t o r e d u c e t h e h e a t di s t o r t i o n． Ke y wo r ds n u me r i c a l c o n o l fla me c u i n g ma c h i n e ， s e X i n g - u p p r o c e s s ，a b n o r mi t y p a r t s ， the r ma l d e f o r ma t i o n ， d e f o rm a t i o n c o n t r o l 目前大同煤矿集团装备公司中央机厂下料车间 拥有十台数控火焰切割机，完成 9 0 ％的下料生产任 务。数控火焰切割机是通过燃烧气体，用热能和气 体的动能来完成切割，其优势是切割出的工件表面 割口效果好、板材浪费少、生产效率高。但其工作 中产生的变形问题一直是零件在钢板上切割所直接 面对的瓶颈，直接或间接的影响着深加工 、工件的 对焊及板材的装配等工序，使产品使用性能和质量 可靠性下降，造成了钢材浪费、各种能源损耗 、成 本增加 、生产效率下降。因此减小或预防切割件的 变形成为当前急需解决的难题。 1 切割件的热变形和产生原 因 使用数控火焰切割机进行切割零件时，钢板如 果加热或者冷却不均匀，钢板内部的应力将使被切 割零件发生不同程度的弯曲或者移位 ，也就是切割 零件的形状发生扭曲，或者是切割尺寸有偏差。造 成了切割热变形。 下料车间的几台数控火焰切割机都采用的是氧 气乙炔的切割方式， 其特点是热量分散、 受热面大， 收稿 日期2 0 1 5 - 0 9 0 7 作者简介王迎春，女，工程师，现在大同煤矿集团装备公司中 央机厂 下料 车间工作 。 热影响区较宽，故而易发生变形。切割变形的基本 存在形式有 1 收缩变形。被切割钢板加热的只是割缝 周围一小部分，局部面积发生热膨胀，则产生局部 尺寸伸长，但此时工件大部分尚未脱离母板 ，还受 到未加热部分的阻碍与牵制 ，从而产生一种应力， 使得热膨胀受阻，尺寸伸长较小 ，随着切割件大部 分脱离母板后，周边存在着割缝 ，使得切割件有了 回旋活动的空间，使冷缩阻力减弱，尺寸缩短得多 一 些。反映到零件本身，待温度降至正常时，尺寸 便表现为缩短，而不是伸长。这就是收缩现象。 2 尺寸超差变形 两个以上尺寸发生变化， 使外形发生改变 。这些形式并不是单独发生的， 往往以复合形式发生在切割过程中。 3 波浪变形。面积较大的薄板切割时，内 轮廓的个数愈多 ，则产生的波浪愈严重 ，这是由于 若干局部不均匀的膨胀与收缩共同造成的结果。 4 扭曲变形。零件的纵向收缩和横向收缩， 应力分配不均匀导致的。切割比较厚的细长条零件 时， 所选用的割嘴、 氧气 、 乙炔等切割参数都要增大， 从而使零件与零件之间割缝较大，如此时套排方法 不合理 ，先切割的轮廓线变形较小 ，此时变形阻力 大， 后切割的轮廓线则有活动的余地和切割应力 切 l 8 8 童 娃晨 舛枝 2 0 1 6 年 第 1 期 割过程中由于加热不均匀而引起的应力 的作用， 造成细长条零件的扭曲变形。 2 数据统计 下料车间担负着全厂板材零部件的下料任务， 下面选取去年 6月份生产的 Z F 1 3 0 0 0 液压支架中的 1 1 9 件数控切割件进行检验，对产品切割质量的合 格率进行统计，见表 1 。 表 1 数据统计表 总件数 一级品 二级品 三级 品 件 数 l比 率 件 数 比 率 件 数 l比 率 l l 9 8 0 l 6 7 ．2 ％ 3 4 2 8 ． 6 ％ 5 1 4 ． 2 ％ 对造成二级品和三级品的热变形形式进行统 计 ，如表 2 。 表 2 变形因素统计表 序号 影响因素 二级品和 三级 品 比率 ％ 1 收缩变形 1 8 4 6 ． 1 5 2 尺寸超差变形 1 5 3 8 ．4 6 3 波浪变形 3 7 ． 7 4 弯 曲变形 2 5 ． 1 3 5 扭 曲变形 1 2 ． 5 6 合计 3 9 1 O O 3 减少切割变形的方法措施 3 ． 1 数控切割程序方面 数控切割程序方面的影响主要是由编套人员定 的穿孔点、切割方向、切割顺序等的选择不合理造 成的。运用合理的编套 ，可以使切割出的零件减少 热变形。 1 起割点的选择。 起割点应选在零件的角点处或直线边上 ，用圆 弧或直线引入，圆弧半径的大小、直线的长短根据 钢板的厚度、零件与零件之间的距离而定。对于钢 板上的第一件零件 外形是细长形的 被切割时， 穿孑 L 点的引入线不要把钢板边割开，直接在钢板上 穿孑 L 穿孔厚度允许范围内 ，这样便减少首件零 件的变形 。 2 切割方向的选择。 切割方向是非常重要的，方向不对了，很容易 产生变形 ，严重的出现废品。正确的切割方向是从 零件的起始切割点开始切割，不管是顺时针还是逆 时针切割，总之最后一条割边与母材相脱离。如果 先与母材脱离，则钢板周边留的边框不足以抵抗被 切割件在整个切割过程 中出现的热变形应力，便使 得切割零件产生移位，出现尺寸超差变形。 3 切割顺序的影响。 切割顺序也就是数控切割机对钢板上多个已编 套好的零件依次进行切割。①切割零件时，如果即 有小零件又有大于小零件的内轮廓，则先切割内轮 廓里套的小零件。②内轮廓切割后，再进行外轮廓 的切割。③先切割面积小的零件，再切割面积大的 零件。不然，在已脱离母板而靠 自重又不足以维持 可靠定位的钢板上切割内轮廓或其他小零件，会使 得零件尺寸不精准及变形甚至产生废品。④在指定 排序时，尽量减少空程。有内轮廓的一般依次从左 向右呈 S 次序进行切割，切割完最后一个内轮廓再 紧接着离它最近的外轮廓沿着板宽方向切割，这样 可以减少空程所 用的时 间，并且可减 小热变形 ，从 而提高工作效率，提升质量。 4 切割速度 的选择 。 切割速度根据钢板 的厚度而定。随着板厚增加 而变慢，并且与割口金属的氧化速度相配合；对于 薄板不宜采用太慢的切割速度和过大的预热火焰功 率 ，否则易发生黏结现象 ，切割下的零件不容易清 理铁渣。另外氧气压力调节要适中，否则会使切口 缝隙过大，为零件的切割变形提供了较大的活动余 地。切割工艺规范参数如表 3 。 表 3 工艺规范参数 钢板 选用 割缝 丙烷 压力 切割 厚度 割嘴号 切割速度 补偿值 氧压力 mm mm／ mi n MP a n l l n MP a 8 ～1 2 l 4 0 0 ．- ,3 5 0 O ． 8 ≥ 0 ． 0 3 O ． 6 ～ 0．7 l 2 ～ 2 5 2 3 5 o 3 0 0 l ≥ 0 ． 0 4 O．6 ～ O．7 2 5 ～3 5 3 3 0 O ～ 2 5 0 1 ． 5 ≥ 0 ． 0 5 O ． 6 ～ O．7 3 5 ～5 O 4 2 5 O ～1 5 0 2 ≥ 0 ． O 5 O．7 ～ 0． 8 5 0 1 0 0 5 1 5 0 ～ 8 0 3 ≥ O ． O 6 O．7 o． 8 3 ． 2 控制异形件切割变形的方法 在切割过程中，难免会遇到一些形状复杂 、特 殊的零部件 ，按照一般的编套方法会产生形状扭曲 和切割尺寸偏差，所以想方设法地采取一些措施来 减少热变形 。 1 有内轮廓的细长件的变形控制。 在切割细长形零件时 ，经常会在长度方向上出 现缩短现象，尤其有内轮廓的切割件。所以，必须 在编套时就预先加长尺寸，以补偿切割后的缩短。 比如液压支架的顶梁主筋 图 1 ，在主筋的长度 方向根据切割机的性能一般加 5 r f u T l 的收缩量，且 均匀分布加。孑 L 1 与孔 2之间加 2 r l l i r l ，孔，3与孔 4之间加 2 i n l n ，孔 5 与孔 6 之间加 1 I n l n 。 2 0 1 6 年第 1 期 东 娃茬 钟 技 1 8 9 囹 1液 压 支 架 的顶 梁主 筋 对一些长宽比较大的窄长条形零件，编套时还 可考虑采用留 “ 断点”或 “ 桥”切割法。就是在窄 长条形零件的切割长边方向上设置几个暂不切割点 或几段 ，这几个点或段在切割过程中将零件与钢板 连为一个整体 ，待其他部分切割完后 ，再切开这几 个点或段。这样可减小零件在长度方向上的收缩变 形 。 2 异形件 的减少变形 的切 割工艺 。 如某支架的一零件 ，图2示。正常如图 2编辑 、 切割会产生尺寸超差变形 ，保证不了零件尺寸。因 此，如图 3示，在零件槽内加两根 2 0 m m 的筋 ，待 零件全部切割完毕后，再把两根筋切割掉。这样 ， 便减少了零件的热变形 ，保证了切割尺寸。 图 2零件示 意图 图 3零 件 槽 内加 两 根 2 0 mm 的 筋 4结论 切割热变形的防止措施应在编套图纸之前就考 虑好、设定好。根据零件的形状与尺寸，预先分析 其可能出现的变形形式及尺寸误差 ，在编套中有针 对性地选择编套方案 ，在切割中有 目的地调节各项 参数。采取切实可行的防止手段，把变形量有效地 控制在所允许的公差范围之内，最大化地减少了废 品的出现。切割变形是一个相当复杂的过程，只有 经过长期不断地摸索规律， 在 日常工作中总结经验 ， 才能在数控切割下料这一环节中进一步完善防止和 减少切割变形方法，使数控切割机的集中下料真正 实现安全 ，可靠 、高效 、优质。 上接 第 1 8 6页 等。但通过计算发现采用两段两产品在重介精煤产 率一定的情况下 中煤产率较三产品提高 5 ． 9 1 ％，中 煤每年提高产量 l 2 ． 4 1 万 t 。中煤按 2 5 0元 ／ t 计算可 以增加 3 1 0 2 ． 5 万元收入 ，带来的效益远远大于增加 的投资。 从长远考虑看 ，采用两段两产品主再洗分选工 艺，不仅可以提高企业的经济效益，而且减少资源 的浪费 。 2 ． 6 有压入料与无压入料比选 有压入料是原煤与重介悬浮液混合后 由泵以一 定的压力给人旋流器。由于是通过泵人料，可以有 效降低楼层高度 ，减少投资成本，而且对细粒煤的 分选较无压人料效果好。但通过泵输送物料，因离 心泵的高速旋转对浸泡过的煤和矸石有较强的撞击 破碎作用和泥化作用 ，导致次生煤泥量增加，同时 加大了对管路及设备的磨损程度。介质泵还容易堵 塞 ，造成生产事故，影响生产。 无压人料是重介悬浮液及原煤分别进入旋流 器 ，重介悬浮液由泵以一定的压力沿重介旋流器切 线方向给人 ，原煤由旋流器上部入料 口自然落人， 可以避免渣浆泵高速旋转对煤的破碎和泥化作用。 但厂房高度增加，投资相应增加。 结合有压和无压人料的优缺点及煤质情况，主 洗重介旋流器采用无压人料，再洗重介旋流器采用 有压人料较为合理。 3结论 通过对悦昌煤业选煤厂煤质特性及可选性的分 析以及上述多种分选方法的比选，确定该选煤厂的 最佳分选工艺为 2 0 0 ～ 5 0 m l n原煤采用浅槽预先排 矸分选 ，5 0 - 0 ． 3 mm原煤采用两段两产品重介旋流 器分选主再洗分选工艺 ，主洗采用无压人料 ，再洗 采用有压人料，0 ． 3 ～ 0 mm采用浮选工艺 ，尾煤浓 缩压滤，全厂洗水实现 闭路循环。此工艺不仅能 够根据需要生产出不同的产品 ，产品结构具有很 大的灵活性 ，确保各产品满足产率最大化及效益 最大化的原则， 而且能适应将来煤质的不断变化， 为选煤厂的发展提供了广阔的天地。 【 参考文献 】 [ 1 ] G B ／ T 1 6 4 1 7 1 9 9 6 ． 中国煤炭可选性评定标准 [ S ]． [ 2] 郭锋宾 ． 悦 昌选煤厂重介分选工艺的设计与选 择 ． 煤炭加工与综合利用，2 0 1 2 32 7 2 9 ． [ 3] 李慧 ． 有压两段 两产品旋流器分选工艺探讨 ． 煤 炭技术 2 0 1 5 ．3 4 1 3 3 6 3 3 7 ．