數(shù)控切割機(jī)生產(chǎn)工藝改進(jìn)及應(yīng)用論文

　　摘要:分析板材的切割變形和橫梁成形的焊接變形原因、影響因素和在制作過程中采用合理的切割工藝，選用合適的切割方式，控制切割、焊接變形的措施以及焊接殘余應(yīng)力的消除方法，從而獲得橫梁長期工作時其幾何尺寸和形位公差的穩(wěn)定，保證橫梁的使用壽命和機(jī)械性能。

　　關(guān)鍵詞:切割機(jī)；焊接；變形；殘余應(yīng)力

　　大型鋼結(jié)構(gòu)件目前在船舶、橋梁、建筑等領(lǐng)域已得到了廣泛運用。數(shù)控切割機(jī)的生產(chǎn)也用到了大型鋼結(jié)構(gòu)件的制作。切割機(jī)鋼結(jié)構(gòu)件中，以橫梁最為典型，其長度可達(dá)１０ｍ以上，但尺寸精度和形位公差要求都很高。作為鋼結(jié)構(gòu)件，其下料、切割、裝配、焊接困難頗多。數(shù)控裝備的鋼結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)流程框圖如圖１所示。

　　１生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及應(yīng)用

　　橫梁是切割機(jī)的主要部件，其質(zhì)量對整機(jī)性能起著決定性作用，而橫梁的制作工藝則直接關(guān)系切割機(jī)質(zhì)量的優(yōu)劣。按常規(guī)工藝生產(chǎn)，橫梁的變形時有發(fā)生。經(jīng)長期實踐及反復(fù)地進(jìn)行工藝分析研究、比對，認(rèn)為在模具生產(chǎn)工藝流程中切割和焊接是兩個關(guān)鍵。鋼板切割是橫梁制作過程中最基本的工序。焊接亦對橫梁制作起著至關(guān)重要的作用。所以，抓住切割與焊接這兩個關(guān)鍵點并加以全方位的工藝優(yōu)化整合，就能有效提高橫梁制作的質(zhì)量。

　�。保�１下料切割

　�。保�１．１鋼板氣切割變形的原因

　　（１）氣割時，板材切割區(qū)域由于受到了高溫加熱和迅速降溫，使切割區(qū)域局部出現(xiàn)了快速的膨脹收縮，從而導(dǎo)致發(fā)生材板熱變形。（２）切割機(jī)橫梁使用的板材為薄形板條，其剛度和抗彎強(qiáng)度較差，從而使氣割時板材變形會更大。

　　１．１．２切割變形對橫梁使用的板材影響

　�。ǎ保┌鍡l形薄鋼板的變形主要是在平面內(nèi)彎曲，它會影響切割零件的尺寸精度。（２）校直已變形的板條需耗費大量工時，且效果不佳。同時，環(huán)境、場地和人員等因素也會影響校形工作�？刂谱冃问潜ＷC質(zhì)量的關(guān)鍵，因此，在下料切割的源頭就必須采取一些強(qiáng)制措施以控制變形。

　�。保�１．３切割工藝及防治措施

　　（１）根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)件圖紙要求，編制切割工藝，排出切割路徑順序，以確保下料件的精度。（２）切割下料前，對所使用的半自動氣割機(jī)及其相關(guān)器材進(jìn)行適用確認(rèn)，并特別注意半自動氣割機(jī)行車的平穩(wěn)性和軌道直線度。（３）選用合適的切割方法，如割炬大小，切割氧氣壓力、流量和切割速度等。（４）應(yīng)反復(fù)套料、反復(fù)對比，以提高材料利用率，降低生產(chǎn)成本。（５）減少切割變形，須從切割下料開始，特別是長線條切割�？刹捎们懈詈竺扛簦薄�１．５ｍ就做橋點固，可使切割邊彎曲變形減少８０％以上。（６）少量長度７ｍ以上的切割件，偶爾直線度誤差超過３ｍｍ，可以用錘擊法矯正。矯正前錘擊法如圖２所示。經(jīng)錘擊矯正后，切割件直線度可控制在２ｍｍ以內(nèi)，有利于下一步裝配、焊接成形。割件矯正后如圖３所示。經(jīng)過對上述各方面不斷優(yōu)化，可以穩(wěn)定獲得合格的切割件。下料切割完工后，即著手裝配、焊接，切割機(jī)橫梁簡圖如圖４所示。

　�。保�２焊接

　　焊接不僅生產(chǎn)工序簡單，而且能夠完成復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)件制造，然而其過程中形成的殘余應(yīng)力會對焊接鋼結(jié)構(gòu)件的承載能力、穩(wěn)定性等將產(chǎn)生較大的影響。因此，為保證焊接鋼結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，必須控制和減少焊接殘余應(yīng)力。

　�。保�２．１焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因

　　焊接殘余應(yīng)力的一部分是由焊接時型材本身的金相組織由于溫度突變而產(chǎn)生的，另一部分則是由原來型材本身在制造過程中已形成的殘余應(yīng)力與焊接后的殘余應(yīng)力疊加而生產(chǎn)的。但其產(chǎn)生的主要原因則是焊接時焊件受熱和冷卻時溫度改變的快慢程度。

　　１．２．２焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)件的影響

　　焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)件的主要影響是結(jié)構(gòu)剛度、焊接件的穩(wěn)定性和機(jī)械加工性能。針對焊接殘余應(yīng)力的影響，可采用下列焊接工藝來控制：（１）按工藝規(guī)定清點，確認(rèn)合格的切割件。（２）為減少焊接變形應(yīng)采用直流焊機(jī)，并在焊前對焊機(jī)實施點檢。（３）對焊接平臺、定位器材進(jìn)行檢驗，保障定位有效夾具也必須一一確認(rèn)。（４）為減少鋼結(jié)構(gòu)件焊后變形，應(yīng)盡可能避免矯正，并在焊前和焊接過程中要做好預(yù)案：①采用選配和調(diào)整法組裝；②根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，適度采用反變形措施；③盡量使用角焊、間斷焊方式，以減少焊接變形；④焊接過程中，嚴(yán)密監(jiān)控焊接變形，必要時采用交替焊法或進(jìn)一步優(yōu)化焊接參數(shù)。經(jīng)過長期的探索優(yōu)化，目前切割機(jī)橫梁長度在１０ｍ上下，焊后尺寸精度一般可以達(dá)到３ｍｍ，其直線度誤差小于２ｍｍ，很少使用火工矯正法，生產(chǎn)工藝優(yōu)化效果十分明顯，橫梁的制作質(zhì)量也已基本得到保證。為了避免鋼結(jié)構(gòu)件因長期工作其幾何尺寸的改變及其形位公差的降低，焊后初驗合格的鋼結(jié)構(gòu)件還必須進(jìn)行振動消除應(yīng)力處理，確保其長期工作的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

　　２焊接殘余應(yīng)力的消除措施

　　為有效提高焊接件的承載能力和穩(wěn)定性，保證鋼結(jié)構(gòu)件在焊接組裝后的機(jī)械加工性能，目前常采用熱處理和機(jī)械的振動方法來減少焊接后的殘余應(yīng)力。切割機(jī)橫梁所采用的機(jī)械振動法是在激振器的激振力作用下，對橫梁進(jìn)行多次循環(huán)振動，使其內(nèi)部晶格恢復(fù)平衡，以消除殘余應(yīng)力，從而保證橫梁長期工作的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

　　３結(jié)論

　　橫梁具有強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)自重輕、構(gòu)件截面小等特點，在切割和焊接過程中易產(chǎn)生變形和殘余應(yīng)力。為有效控制變形和殘余應(yīng)力，便于鋼結(jié)構(gòu)件的后續(xù)加工，應(yīng)制定相應(yīng)的防治措施。鋼板切割應(yīng)采用合理的切割工藝，選用適當(dāng)?shù)那懈罘绞郊捌鞑�，必要時采用錘擊法矯正。焊接過程中也應(yīng)采用合理的焊接工藝，選用合適的裝配、焊接方法并優(yōu)化焊接參數(shù)。最后采取相應(yīng)的方法來消除殘余應(yīng)力，從而保證橫梁的使用壽命和機(jī)械性能。

　　參考文獻(xiàn)

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