新造X70枕梁大横梁腹板等离子切割质量问题原因分析及解决措施

新造X70枕梁大横梁腹板等离子切割质量问题原因分析及解决措施

王吉发  干保名

中车贵阳车辆有限公司   贵州贵阳  550017

摘要：新造X70型车由于等离子切割问题较多，通过提高切割质量进一步提高X70型车质量

关键词：等离子切割、大横梁腹板、起弧、收弧点

等离子切割过程具有切割快、割缝小等特点，但是使用过程中往往会出现很多问题，导致切割速度有限，割缝过大，割面不平整等现象。X70型车在底架对装时，以中梁侧梁为骨架主干，通过四组枕梁组成，两组中横梁组成，四组大横梁组成，两端梁与侧梁组焊，形成一个稳定可靠的承载构架。枕梁腹板1 2、大横梁腹板1 2 3 4、中横梁腹板1 2的切割精度关系到整个框架的组焊精度和整体公差的保证，如果偏差过大，会增加底架对装员工的工作量，降低了生产效率，增加了生产成本，影响了组装产品的质量。同时，枕梁腹板、大横梁腹板、中横梁腹板过管孔的切割缺陷会影响整个构架的刚度和强度，降低整体构架的安全系数。针对X70生产过程中出现的枕梁腹板、大横梁腹板、中横梁腹板存在尺寸偏差及过管孔切割缺陷质量问题，本文对大横梁腹板质量不稳定进行分析，以便找出解决问题的办法。

1、大横梁腹板情况

针对X70型车大横梁腹板尺寸不稳定的状况和过管孔孔边缘缺肉的情况，对生产的腹板配件进行测量。大横梁腹板抽取10件进行检测，详见表1。

图1 大横梁腹板排版图

表1 大横梁腹板（1）长宽及长宽边垂直检测数据

2.原因分析

为弄清楚大横梁腹板尺寸不稳定的原因，使用实物进行实验，找出造成尺寸不稳定的主要原因。

2.1尺寸变化与套料位置有关。为证明尺寸变化的规律，依据软件，实际切割12mm板设置割缝为8mm，并均匀分布，切割后大横梁腹板尺寸出现了尺寸偏差，且越往后切割的偏差越大。由于切割过程中产生大量的热，导致板材热涨冷缩，切割过程中，位置不同产生的热影响也不同，且在切割过程中分析认为尺寸变化与套料位置有关系，同时板材在切割过程中发生了偏移现象。

2.2板材不平整造成尺寸变化。等离子切割平台16米长，宽4.2米，板材定位主要以等离子切割轨道为基准进行对正，且等离子切割操作平台是由底架和板条组成，板条镶在底架支撑的槽孔内，板条镶入的高度一致，形成一个平整的工作台面。切割时间长，配件切割量大，切割流渣就会堆积在板条上或板条之间的空隙中，形成一个凸凹不平的操作面，板材切割过程中，因板材切割断裂，会引起板材移动，切割配件尺寸和形状就会出现偏差，甚至引起产品直接报废。长时间切割，会在切割平台上留下很多切割流渣，由于流渣高度不均匀，使板材有些部位发生不均匀凸起。在这种情况下，切割过程中板材本身就会发生偏移。由于流渣不均匀，变化无规律，板料不均匀，导致切割变形量大。从根源上讲，板材摆放不平整也是造成产品偏差的主要因素

2.3起弧和收弧位置对其影响较大。等离子切割是按照套图软件的套图排版进行下料，切割就会有起弧和收弧，起弧和收弧是热应力的起点和终点，其会直接影响板材的热变形，所有下料的起弧和收弧设置非常重要，而目前起弧和收弧方式主要有直线起弧和收弧，圆弧起弧和收弧，半圆起弧和收弧等几种方式。目前我公司主要采用直线起弧和收弧方式。

3.解决措施

3.1 重新设计大横梁腹板（2）套图排版。针对12mm厚板材，研究调整切割缝间距，采用配件切割缝间距8.5mm布置，到最后6件拉开切割缝间距到13mm；且使板材切割后留下小部分不断开，形成一个稳定板材构架，减少板材偏移的发生，板材偏移现象，详见图2、图3。

 图2大横梁腹板（1）排版图

图3 大横梁腹板（1）切割后板材框架

3.2定期清理等离子切割平台的流渣。研究流渣规律，确定流渣清理时间，定期对等离子切割平台进行清理，及时对凸起的流渣进行清除，确保整个等离子切割平台表面平整，不会因明显凸起而造成板材凹凸不同，形成不规则应力，切割过程中影响表面尺寸。

3.3改进起弧和收弧方式。原切割设置采用直线起弧和收弧，起弧长度为5mm，容易造成起弧收弧位置靠近孔边缘而损伤圆周面。经过试验验证，我们从外界边引入和内界边引入改变起弧方式，有效减少切割损伤。

4.建议

4.1空载电压和弧柱电压控制。等离子切割电源，必须具有足够高的空载电压，才能容易引弧和使等离子弧稳定燃烧。

4.2 切割电流的控制。增加切割电流会增加等离子弧的功率，电流应根据板材进行设置，不要超过最大允许电流的限制，否则割缝宽度增加，影响下料尺寸。

4.3气体流量的控制。增加气体流量使等离子弧能量更加集中，喷射能力更强，可提高切割速度和质量，但是气流过大，损失热量增加，使切割能力减弱。

4.4割嘴高度的控制。割嘴高度是指割嘴端面至被割工件表面的距离，割嘴距离会影响割缝的大小，进而影响切割尺寸。

4.5切割速度的控制。在保证切割质量的前提下，尽可能的提高切割速度，这样能有效的减少被割零件的变形量和割缝区的热影响区域，且能够减少流渣。

5.结论

等离子切割时热变形虽然小，但金属板材在轧制、冷却过程中难免存在不均匀的残余应力，切割时，金属局部高温热源的影响沿切割方向急剧膨胀，因而产生变形，对下料材料尺寸造成明显的影响。等离子切割是按事先编制好的程序自动控制的，所以在加工前保证切割平台平整，再次选择合理的切割起弧和收弧点、切割位置、切割方向、切割顺序、切割速度等对切割的质量起决定性的作用。

参考文献：

[1]陈月峰，严得忠，程定富，等.国内数控等离子弧切割技术的发展与应用[J].焊接技术，2017，46（08）：1-4.

[2]祝素敏.从专利技术角度分析数控等离子切割技术的发展[J].化工管理，2016（32）：266.

[3]蒋艺飞，冯国雄，魏毅，等.数控精细等离子切割防碰撞技术研究[J].装备制造技术，2015（05）：197-198+240.

[4]魏志强，高峰，韩伟.数控等离子切割技术在凸轮加工中的应用[J].热加工工艺，2015，44（03）：248-249.

[5]卜玮晶.数控等离子切割技术的应用与工艺控制[J].硅谷，2011（19）：140+99.