煤礦機(jī)械中等離子切割技術(shù)的應(yīng)用范文

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摘要：我國金屬加工行業(yè)使用的數(shù)控切割機(jī)，主要是以數(shù)控火焰和數(shù)控等離子切割機(jī)為主。伴隨現(xiàn)代生產(chǎn)的需求，純火焰切割已不能適應(yīng)，多用數(shù)控等離子切割機(jī)。等離子切割機(jī)可滿足不同材料、不同厚度的金屬板材的下料及金屬零件的加工需求，本文介紹了等離子切割不同材質(zhì)零件的工藝參數(shù)，研究了在一定的范圍內(nèi)，應(yīng)用大功率等離子切割代替火焰切割，既節(jié)約成本，又提高生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：等離子切割；切割工藝；切割成本

引言

在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域，板材下料是基礎(chǔ)工藝之一。切割方法較多，在煤礦機(jī)械設(shè)備中，其零件以中厚板居多。火焰與等離子都可切割普通碳鋼，等離子切割的優(yōu)勢在于切割熱變形小、切割表面平整光滑、熱影響區(qū)極小，且切割薄板的速度是火焰切割5倍左右；此外在配合不同的切割氣體的情況下，等離子切割還可用于銅、鋁、鎳、鈦以及不銹鋼等有色金屬的切割。等離子切割是一種熔化切割，在切割時(shí)，母材被等離子束熔化，并被氣流吹走從而形成切槽。其中被壓縮的等離子弧來自等離子電源，為了冷卻鎢電極，電源一般采用直流正接或方波交流，電弧的溫度高達(dá)15000℃-30000℃，能量消耗相對較大，能夠快速熔化金屬等，進(jìn)而可以切割高合金鋼、銅及其銅合金、鋁及其鋁合金等。等離子切割具有切割速度快、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，不但可以切割碳素鋼、低合金鋼、高合金鋼等黑色金屬，還可切割不銹鋼、鋁、銅、鈦等有色金屬，切割材質(zhì)種類較火焰切割廣。本文進(jìn)行大功率等離子切割工藝技術(shù)的研究，應(yīng)用于煤礦機(jī)械設(shè)備的下料中，可大幅提高切割質(zhì)量，改善勞動條件。

1大功率等離子切割范圍

等離子弧是由自由弧壓縮而來，自由弧的柱截面積正比于功率，而在氣壓、電壓和磁場的作用下，柱狀的自由弧壓縮成等離子弧。等離子電源功率不同，切割厚度也不同。我公司擁有兩臺美國飛馬特400A精細(xì)切割電源的大功率德國梅塞爾切割機(jī)，可切割的板材厚度范圍，一般來說介于0.5mm至80mm之間。

2影響等離子切割質(zhì)量的重要因素

2.1氣體

等離子裝置使用的氣體必須達(dá)到純度的要求。要求氧氣、氮?dú)獾募兌取?9.995%，空氣清潔,干燥，無油。否則會引起切割質(zhì)量下降，等離子切割的消耗件使用壽命會急劇縮短，甚至致使等離子切割機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，所以，氣體的純度要求必須達(dá)到。配合不同的氣體，可切割不同的材質(zhì)，例如：使用氬氣+氫氣可切割高合金鋼、有色金屬；使用氧氣可切割結(jié)構(gòu)鋼；使用壓縮空氣可切割結(jié)構(gòu)鋼、鉻鎳鋼；使用氮?dú)饪汕懈罡吆辖痄摗X、鈦、銅等。

2.2割速

無論是等離子切割還是火焰切割，切割速度都是影響切割質(zhì)量的重要因素，所切割零件的材質(zhì)和厚度不相同，相對應(yīng)的切割速度也不同。割速過快，會形成相對較大的后拖量，這是由于氣流不能快速吹走熔渣造成的，進(jìn)而會使切割面掛渣嚴(yán)重，直接影響切割質(zhì)量；割速過低，會使切口變寬、切口掛渣集中不易清理，致使切割質(zhì)量下降。所以，合理的割速范圍需要掌握材質(zhì)特性、設(shè)備與切割特性，通過切割試驗(yàn)來獲取是最準(zhǔn)確的。

2.3切割電流

等離子切割能力是由切割電流決定的。切割電流越大，電弧能量越集中，割速便隨之增大，切割能力得以提高；但切割電流不可過大，否則會致使割嘴因熱負(fù)荷過大而損傷或直接損壞，這樣就造成切割質(zhì)量的下降。所以，深入理解和掌握等離子切割工藝參數(shù)是很有必要的，根據(jù)所切割材質(zhì)的厚度大小來選擇最佳切割速度和切割電流的大小。

2.4割嘴高度

等離子切割一般采用恒流外特征電源，或者采用陡降外特征的電源，割嘴端面與切割表面的高度越大，弧長就越長，致使電弧功率升高，所以導(dǎo)致弧柱損失的能量增加，造成能量的損失就會影響氣流的吹力，進(jìn)而影響切割質(zhì)量。

3等離子切割效果與工藝參數(shù)

本文進(jìn)行了不同材質(zhì)不同厚度切割調(diào)試，切割板材種類及實(shí)驗(yàn)圖如圖1所示。在不同材質(zhì)不同厚度切割調(diào)試中，多次調(diào)試了割速、切割高度等等離子切割重要參數(shù)，調(diào)試后較穩(wěn)定參數(shù)如表1所示。

4等離子切割軟化區(qū)測試

本文對火焰切割和等離子切割軟化區(qū)進(jìn)行了測試和對比。圖2所示切割后宏觀金相圖，從金相圖中可以看出，30mm板材時(shí)，等離子切割熱影響區(qū)極小，在1-2mm內(nèi)，而板厚在80mm時(shí)，等離子切割軟化區(qū)增大，在切割下表面達(dá)到10mm，切割宏觀金相圖如圖2所示，軟化區(qū)測試見表2和表3。從測試中可以看出，等離子切割適合中薄板的切割。

5切割成本

從費(fèi)用支出項(xiàng)目來看，在使用數(shù)控等離子切割時(shí)，其費(fèi)用主要有一般費(fèi)用，維護(hù)費(fèi)用，服務(wù)費(fèi)用，氣體費(fèi)用，消耗品以及割炬成本，電力成本以及其他需要考慮的成本，如材料吊裝設(shè)備，環(huán)境控制設(shè)備，安全裝置等等。這里我們?yōu)榱吮阌诒容^，對于和火焰切割類似的費(fèi)用支出我們將不再并入支出項(xiàng)目之列。總結(jié)來看，等離子切割主要費(fèi)用支出為電力成本，氣體成本，消耗品成本以及人工成本。表4是火焰切割與等離子切割成本對比表。計(jì)算依據(jù)如下：5.1計(jì)算δ30mm黑色金屬板材火焰切割成本割速：330mm/min氧氣流量：6m3/h燃?xì)饬髁浚?.62m3/h切割一米用時(shí)：1（m）/0.33（m/min）=3.03（min）切割一米消耗氧氣量：6m3/60min×3.03min=0.303m3，費(fèi)用：0.303m3*2.73元/m3=0.827元切割一米消耗燃?xì)饬浚?.62m3/60min×3.03min=0.031m3；費(fèi)用：0.031m3*19.2元/m3=0.6元所以，δ30mm黑色金屬板材，火焰切割每米成本0.827+0.6=1.427元5.2計(jì)算δ30mm黑色金屬板材，等離子切割成本空壓機(jī)耗電：11度×8h×0.53元/度=46.6元/班；等離子電源耗電：20度×8h×0.53元/度=84.8元/班；耗材：①電極、噴嘴、保護(hù)帽每班一換，140元/班；②保護(hù)罩、等離子渦流環(huán)、保護(hù)氣渦流環(huán)每周一換，81元/班；③護(hù)杯、托架、冷卻液6月一換，24元/班。每班切割：8h×60min×0.65m/min×70%=218.4m所以，δ30mm黑色金屬板材，等離子切割每米成本377/218.4=1.72元

6結(jié)束語

本文通過研究大功率等離子切割技術(shù)表明，在煤礦機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)過程中，使用大功率等離子切割20mm以內(nèi)的黑色金屬，可實(shí)現(xiàn)切割質(zhì)量優(yōu)、成本低，促進(jìn)降本增效。

參考文獻(xiàn)：

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作者：邢剛 張彩霞 單位：中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司