摘要：数控火焰切割产品的质量不仅取决于设备切割精度及切割气体质量，同时还取决于切割程序的合理性，切割程序合理与否直接影响了切割变形。 关键词：切割质量；切割变形；切割程序
中图分类号：TB文献标识码：A文章编号：1672-3198（2012）06-0179-02
1 概述
当前，数控切割已经在机车制造中大量普及运用，切割类型也多种多样，有火焰切割、等离子切割等，由于数控火焰切割设备简单、投资成本小、适用性强，尤其是能够切割各种复杂零件和大厚度工件等一系列特点使它自进入机车制造领域以来，一直作为机车制造中切割碳钢和低合金钢不可或缺的下料手段。因为火焰切割的特性，在火焰切割过程中会产生不同程度的热变形，影响机车生产质量及生产效率。现本文主要对火焰切割变形控制在HXD1B型机车中的应用进行阐述。
2 切割热变形产生的原因
气割是局部加热和快速冷却的过程。气体热源（主要是燃烧反应热）作用切口区的材料加热到相变点A1以上，产生塑性变形而周围的材料也因受到热影响，在冷却时部分变形不能恢复，造成永久变形，同时在切割过程中，由于材料的热膨胀和收缩还会发生位移，造成切割零件时，产生较大的尺寸偏差。
3 切割热变形控制方法
严重的切割变形将使零件超差，影响后续装配、焊接甚至报废，因此，为了减小HXD1B型机车零件的切割变形，提高零件的尺寸精度，可以从以下几个方面进行控制。
3.1 减少热输入
（1）降低预热时间。
钢板从钢板厂生产完成后，经过一系列的环节送至生产车间，在这段时间里，钢板表面会不同程度上产生氧化皮。这些氧化皮熔点高，不易燃烧和熔化，严重阻碍切割过程的顺利进行，明显增加切割预热时间，降低切割速度，导致钢板热输入量的增加。目前，车间在生产HXD1B型机车时，均会进行表面打砂处理。
（2）合理提高切割速度。
对于同等厚度的钢板，切割速度越慢，过多的热量会使割缝边缘融化，热变形增加，所以适当提高切割速度是控制热变形的有效方法之一。经过现场跟踪，我们发现只要氧气纯度降低，切割速度必将下降，零件的热变形随之增大。因此目前车间在生产HXD1B型机车时，氧气纯度一般控制在98.5％以上。
（3）减少打孔次数。
切割过程中，打孔次数越多，局部受热越大，切割内应力无法有效释放，当钢板温度逐渐上升后，热变形将越来越显著，因此合理减少打孔也是控制热变形重要手段，目前在生产HXD1B型机车通常采取以下三种切割的方式：
①共边切割，即在排料时，把相邻零件的边线合在一起形成共同的切割线，在生产HXD1B型机车配件（JA00002723G00 材质规格：20mm/Q235A，尺寸：360*1000）时，通过采用此种方法，既减少了打孔次数，降低切割热输入，又提高了切割效率。此方法在火焰切割中应用较为广泛。示例如图1：
②延边起割，即针对中厚板零件（尤其是40 mm以上钢板）由于切割时不易发生变行且穿孔操作喷渣易堵塞割嘴，在排料时，切割过程往往采取从钢板边缘进行切入。在生产HXD1B型机车配件安装块（JC00002364G00 材质规格：50mm/16MnDr，尺寸158*60）时，通过采用此种方法，有效减少穿孔所造成的热输入。此方法在切割中厚板时被广泛运用。示例如图2。
③连割切割即在切割时只进行一次穿孔，且完成两个或两个零件以上的切割过程。此方法广泛运用于切割不规则割件或圆，示例如图3。
3.2 合理的切割路径
切割零件套料时，合理选择起割点、切割顺序和切割方向可使变形减少，从而获得良好的切割精度。
（1）每一个工件的穿孔点位置尽量选择在零件端部起刀，因为如果在工件的半腰穿入的话，切割完毕后由于变形扭曲容易发生不闭合现象，其次在半腰穿入穿孔点容易烧损工件，导致次品、废品的产生。
（2）切割顺序的选择取决于钢板上套料的情况和零件形状，总的原则是尽可能将废边余料等保持封闭状态，来限制零件内部的变形和移动。通常切割顺序应遵照以下原则：
①先切割变形相对容易的零件，后切割变形相对困难的零件。一般来讲，在板厚相同的情况下，外形尺寸大的零件切割变形比外形尺寸小的零件大；长宽比小的零件切割变形比长宽比大的零件大；摆放靠近钢板边缘的零件切割变形比在中间的零件切割变形大。
②先割零件内部的内轮廓，后切割零件的外轮廓，使切割产生的热量有规则地从内向外传递散发。
③应尽量保证最后一条切割的边与不易发生位移的钢板相连。因为如果过早脱离不易发生移动的钢板，则周边的边角框不足以抵抗切割过程中出现的热变形应力，造成切割件在切割过程中位移、出现尺寸超差。
目前，在切割HXD1B型机车底架配件（JC00002363G00 材质规格50/16MnDR 长*宽为938*76mm）时，通过合理选择切割路径，能有效降低了切割变形，其切割过程简述如下：从0点开始进行切割，切割顺序A-B-C-D-A，件1从母材上脱离，A-E-F-D件2从母材上脱离，共用中间线AD；引出至01后，不进行二次穿孔直接，沿01-F开始切入件3，切割顺序为F-G-H-E，件3脱离母材，共用中间边线FE；依次类推…；该配件尺寸将得到很好的控制，精度保证在3mm以内。示例如图4:
3.3 采取限制变形法
（1）设置过桥法:即在相邻零件的切割线上，根据零件形状在某部位保留一小段与余料部分相连，抑制其变形和位移，等到板料上所有零件割完后，再把“过桥”割开。过桥点得宽度应控制在10-30mm，同时零件长度，适当确定过桥点位置和数量。此方法比较适应长大型零件或形状不规格零件。具体情况如图示5。
（2）迂回引入法:即采用延边引入切割割件时，应采取Z形曲线切入零件，使板料尽可能闭合，限制割缝引入线区域边、余料的移动，限制零件在切割过程中产生移动。此方法比较适合切割不带孔的中厚板零件。具体情况如图示6:
（3）整板抑制法：即在编程排料时，当零件规整布置后，在两两零件的割缝按照过桥点布置位置分成相应的孔，这样板料在零件过桥点未割除前，相邻零件一直保持相连的状态，抑制其变形和位移。等到板料上所有零件割完后，再割除零件连接处。
在HXD1B型机车转向架配件（JB00000900G00 材质规格18/16MnDR 尺寸为6601*312mm），通过采取整板抑制变形的方法，有效降低切割变形，其切割过程简述如下：
先逐个切割板料上两两零件间的内孔，后切割排列零件周边外轮廓进行切割，最后将两两零件间过钱点割除。该配件尺寸将得到很好的控制，精度保证在5mm以内；具体情况如图示7:
在切割相同零件时，尽可能采取多把割炬同时切割，使割件两边同时受热均衡，由单个割炬所产生的热量辐射相互抵消，有效减少钢板切割变形产生。同样割炬数不宜过多，过多割炬，容易造成钢板温度陡增，变形趋势加剧，常规情况下，割炬数应在2-4把为最佳。
4 结语
经现场试验，在HXD1B六轴车批量生产中，通过采取减少热输入，合理选择切割路径等方法，有效的降低了火焰切割变形，大大提高了产品质量。
参考文献
［1］梁桂芳主编.切割技术手册［M］.北京：机械工业出版社，1997.
［2］聂素华，麻胜荣，杨大为.数控火焰切割机切割质量的参数控制［J］.热加工工艺，2007，36（3）：80-81.