山推推土机板材件切割工艺概述

李贺德，李勇，丁志远，徐宗磊

推土机包括主机架、驾驶室、台车、工作装置、底板翼板、底盘等部件，使用原材料可分为板材件、型材件、铸件、锻件等。其中板材件质量占推土机总质量的一半以上，板材厚度从1.5～130mm不等，材质近30种。目前，推土机板材件切割生产工艺主要包括激光切割、等离子弧切割及火焰切割等。

一、激光切割

1. 激光切割原理

激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹出熔融物质，从而实现将工件割开，装备如图1所示。

2. 激光切割特点及主要适用范围

激光切割的优点是切割质量好，较火焰切割速度较快；缺点是激光切割由于受激光器功率和设备体积限制，只能切割中小厚度板材，且随着工件厚度增加，切割速度明显下降。推土机驾驶室上面板材件板厚多在1.5～5mm，采用激光切割下料；另外，对于一些孔距要求较严的工件，为减少工序节约成本，多采用激光切割，用于激光切割的板材件板厚不超过16mm（见图2~图4）。

二、等离子弧切割

1. 等离子弧切割原理

等离子弧切割就是利用最佳喷嘴圆孔压挤高温、电离气体形成等离子电弧，靠电弧热量使工件切口处金属局部熔化和蒸发，并借等离子高压气流吹掉被熔化金属而形成切口的一种加工方法。切割用等离子电弧温度一般在10000～14000℃。

图1 激光切割机

图2 驾驶室部分工件激光排料示意

图3 等离子弧切割机

图4 某切板件

2. 等离子弧切割的特点及主要适用范围

等离子弧切割优点是具有多功能、高效、高速、高精度、低劳动强度及高度自动化，切割厚度不大的普通碳素钢薄板时，切割速度为火焰切割的5～6倍，切割面光洁、热变形小。但等离子弧流从喷嘴射出后，气能量密度、流速及温度迅速下降，这就造成切割时在板厚方向温度分布不均，易造成切口上方熔化下方挂渣、上宽下窄的缺陷，随着切割厚度增加这种现象越严重，且切割速度和切割质量亦急剧下降。一般等离子弧切割法适用于薄板切割，比较适合16mm以下对直线度有要求的较长工件的切割。

3. 等离子弧切割质量分析

切割工件质量常会受到一些因素影响，从而产生尺寸误差或外观缺陷。以下是常出现的一些质量问题及影响因素，可据此做适当调整，以满足尺寸的精度要求。

（1）割缝太宽（零件偏小） 出现这种现象可能是喷嘴损坏、割炬高度（弧柱电压）太高、电流过大、气体流量不足或速度太慢等原因所至。其中任何一种因素都会使弧柱拉长、割缝拉宽。此外，割缝补偿不当（太小）也会导致这种现象。

（2） 割缝太窄（零件偏大） 这种现象可能是割炬太低、电流过小、气体流量太大或速度太快等所导致。因为这些因素使弧柱收缩从而导致割缝太窄。此外，割缝补偿不当（太大）也会导致工件偏大。

（3）倾斜角就是指割缝边角度 倾斜角为0˚切割称为垂直切割，即割炬与工件表面垂直。大多数等离子弧割炬使用的是顺时针旋转的等离子气体流，这样沿着割炬运行方向的右侧得到的是垂直切割边。对于普通等离子割炬而言，切割倾斜角通常是好的那边为1˚～3˚，差的那边为3˚～8˚。高精度等离子弧切割系统得到倾斜角会小一些。尽管一些倾斜是因为等离子过程中喷射气体喷出时的形状而固有，但它能够被减少。

（4）正偏角（上窄下宽） 产生这种现象可能是因为喷嘴损坏、割炬高度（弧电压）太高、电流太小或速度太快等，这些因素都会造成等离子弧滞后从而导致割缝顶部能量大于底部。此外，切割方向不当也可能导致正偏角。一个带有严重正偏角的工件，在其底边缘可能有坚硬的粒状挂渣。

（5）负偏角（上宽下窄） 产生这种现象可能是因为割炬高度（弧电压）太低，电流太大或速度太慢等，这些因素能使弧柱在底部熔掉更多金属。通常，工件上自始至终的负偏角会产生低速挂渣。

（6）不规则偏角（同一工件上既有正偏角又有负偏角） 这种情况通常说明喷嘴已坏，割炬不垂直或电极和喷嘴没有对齐。这些因素都会导致弧柱偏离垂直方向。通常是工件一侧为正偏角，相反一侧为负偏角。因此工件横截面看起来是个平行四边形而不是个矩形。有些切面可能不是平坦的，而是两面凹凸。这些都表明喷嘴严重损坏或电极和喷嘴严重错位。

三、火焰切割

火焰切割是最原始最常用的，同时又是在钢板制造和钢板加工工业中应用最灵活的热切割方法。在钢板下料生产中，火焰切割主要应用于垂直和坡口切割工作。火焰切割法适应范围宽，切割质量稳定，最适合切割低碳钢，尤其是厚度在20mm以上的钢板切割。

1. 火焰切割原理

钢板火焰切割过程是从钢的加热开始。首先，由割嘴预热火焰将被切割件起割点加热到钢的燃点，打开切割氧流，使该点铁在氧气中燃烧，燃烧产生热量通过熔渣逐渐向钢下层传递，铁燃烧在整个厚度上进行，切割过程中所产生的氧化物和熔渣被切割氧流从切口处排掉，随着割炬有规则的移动，割嘴经过之处就形成一条割缝，从起点到终点也就实现了工件切割分离的全过程（见图5）。

图5 火焰切割机

2. 切割精度及影响钢板火焰切割质量的因素

切割精度是指被切割完的工件几何尺寸与其图样尺寸对比的误差关系，切割质量是指工件切割断面的表面粗糙度、切口上边缘的熔化塌边程度、切口下边缘是否有挂渣和割缝宽度的均匀性等。影响钢板火焰切割质量因素有4个：气体、切割速度、割嘴高度、机床运行稳定性。

四、结语

推土机板材件切割下料过程中如何提高板材利用率，进行规模化、专业化的生产，实现推土机切板件生产工艺的最优化，仍然需要我们不断探索。