关键词：中厚铝合金板；工艺技术；切割；方案
公司为了适应市场需要，大力发展铝合金车型的设计、开发，为了适应公司发展需要，关于铝合金板材的加工工艺、工艺装备的研究势在必行，在前期的铝合金车型试制过程中，发现公司现存在的工艺短板，现有工艺装备不能完全适应铝合金车型的生产需要，其中，中厚板铝合金板材的切割工艺、工艺装备明显不适应，切割面粗糙、挂渣严重，需要进一步机加工处理，不仅浪费原材料，而且造成工作效率低下，批量生产能力明显欠缺，因此，提出了针对中厚板中15-35mm铝合金板材切割工艺及工艺装备进行研究[1]。
一、铝合金切割加工现有工艺瓶颈
试制过程中实际情况：
公司现有的铝合金切割工艺：使用数控等离子切割的工艺方法，8mm以上切割预留加工余量进行二次机加加工。
在8mm以下的铝合金板材切割中，基本满足生产的工艺需要，加工质量完全满足工艺技术要求；
在8mm以上的铝合金板材切割中，断面粗糙、挂渣非常严重，已经无法满足工艺技术要求，无法直接使用，需要对切割断面进一步机加工，切割时预留加工余量进行外形加工之后进行机加工，不仅浪费原材料，而且造成效率低下，同时在工件形状复杂时，机加工的划线切削无法保证形状尺寸的精确性，加工精度无法保证。
二、铝合金板材现有切割工艺现状
铝合金板材的数控切割工艺装备目前有三种方式：激光切割、等离子切割、高压水射流切割。每种工艺装备有各自的优点与局限性，需要根据各自的使用工况、资金投入、产能需求、工件加工精度需求等具体情况综合分析进行选用。
（一）铝合金各种切割工艺的特点
从切割的加工范围、精度、切割断面质量、热影响区、应用范围对比分析各种工艺特点，如下表：
（二）各切割工艺经济性分析
各种切割工艺有着各自的适应范围与实现的加工质量能力，选择适宜的加工工艺，还要充分考虑工艺的经济性，经济性分析如下表：
三、铁路轨道装备制造行业的现状
（一）铁路轨道装备制造企业现状
通过铁路轨道装备制造行业各企业使用情况进行了解，选择的工艺均在使用上述的三种工艺方法之中。据了解，有的企业同时配备三种工艺装备，以解决不同需求，例如株洲联诚集团生产地铁、城轨项目。
（二）类激光等离子切割发展现状
等离子在金属切割领域使用最为广泛，有着投资小、使用成本低及效率高的优点，但在切割精度、断面质量、热影响区等方面均略显不足，为了弥补上述不足，行业内以凯尔贝、飞马特率先在类激光等离子的开展研究，利用水雾保护工艺(WMS®)优化有色金属切割， 以氮气作为等离子气体，以普通自来水作为保护气，有色金属切割质量得到跃升，且切割表面无氧化、变色，切割品质可以达到激光切割的下限品质。让低成本、高效率的中厚板铝合金切割工艺实现具备了可行性[2]。
四、工艺方案选择
1）、工艺需求分析
铝合金车型试制过程中，板材切割最大需求为20mm；激光切割机不能满足，水射流及等离子均可以满足。
切割精度要求为1-2mm； 三种工艺方法均能满足精度要求。
2）、工艺能力需求分析
根据前面的工艺能力需求测算，切割速度要达到1.25米/分钟以上。水射流的速度明显满足不了单班的生产能力。
综合分析，从生产效率、精度能力上分析，采用类激光等离子切割的工艺方法最为适合。
五、本次工艺技术方案内容：
（一）工艺技术方案内容：
切割工艺：
1)10mm以下的铝合金板材切割利用现有等离子切割机进行加工，公司具备现有的工艺装备及充足的工艺能力。
2）10mm以上的铝合金板材切割采取类激光等离子切割机完成
工艺装备及其参数的选择：
1）等离子电源：维克多（Victor）ULC等离子系统
（Ultra-Cut 400 XT）,
最大切割速度：铝合金25mm，速度达到1560mm/min；
铝合金32mm，速度达到1000 mm/min；
最大切割厚度：碳钢 质量穿孔 50mm；
铝合金 质量穿孔 50mm；
2）采用XT型割具；
3）等离子气N2，保护气采用H2O（自来水）；
4）切割精度±2mm，断面倾斜角度≤2°；
5）机床轨道6000mm，有效切割宽度3000mm；
6）数控系统采用海宝数控系统-海宝EDGE及系统控制箱；
自动编程套料软件选用澳大利亚Fast CAM公司产品编程软件。
7）机器的驱动采用交流伺服系统、德国NEUGART减速箱配对。
双边驱动，横向、纵向驱动齿轮均采用自动消除齿隙设计。
8）割炬部件：1 套，由横向移动体、调高拖板、割枪夹具及割枪、气路系统等部分组成。
气路系统：由主气管、分流排、电磁阀控制等单元组成，横向布置采用拖轮保护，纵向布置标配挂线保护。
横向移动体：安装于横梁直线导轨上，主动移动体与伺服驱动机构连接，齿条传动。
割枪夹具：实现割炬固定和各个方向调节，须具有防撞报警。
调高拖板：采用减速电机直传丝杆带动割炬升降，须具有防灰尘装置。
等离子弧长跟踪系统：采用弧电调高达到弧长恒定。
（二）工艺方案的实施方案：
1）采用原火焰切割机改造的方案，不新采购新等离子数控切割机。公司等离子切割加工能力现在有四台设备，加工能力充足，本次方案针对解决中厚板能力缺失问题，单独增加一台类激光等离子切割机，投资较大、且占用场地，不经济，因此，为了减少投资成本，本方案采用在原火焰切割上加装类激光等离子电源，利用原火焰切割机的机架、工作台、伺服系统、数控系统，将原火焰切割机改造成具备火焰切割/类激光等离子切割的双功能切割机。
六、综述
此方案，解决了铝合金中厚板的切割的同时，又利用较小的投入，扩展了公司在其他碳钢工件的加工能力，扩展了钢材、铝材的表面雕刻能力，尤其是管类件表面的雕刻，可以弥补管类件压字困难的工艺难题。
参考文献：
[1]卢存伟.多次切割工艺剖析[J].电加工.1990，2(04) ：169.
[2]余嵩.浅谈激光切割板材技术[J].装备制造. 2014，3(S2) ：563.
论文作者:秦宝林
论文发表刊物:《科技中国》2018年3期
论文发表时间:2018/8/6
标签：工艺论文; 铝合金论文; 等离子论文; 装备论文; 加工论文; 板材论文; 方案论文; 《科技中国》2018年3期论文;