板材自動套料及等離子切割在廠房鋼結(jié)構(gòu)制作中的應(yīng)用

孫 科，王 剛

（中國二十冶集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)工程分公司，上海 201900）

鋼結(jié)構(gòu)廠房與傳統(tǒng)的廠房建設(shè)相比較，具有效率更高、結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固以及質(zhì)量更為可靠等優(yōu)點。因此，目前也得到了越來越多的廠家的認(rèn)可，在實踐中的應(yīng)用范圍越來越廣。但是，目前我國的鋼結(jié)構(gòu)廠房在建設(shè)的過程中，鋼結(jié)構(gòu)的制作主要依賴于人工排版以及人工切割。存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率難以保障等問題。依靠板材自動套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)能夠有效的改善上述存在的問題。

1 板材自動套料技術(shù)及等離子切割技術(shù)的基本原理

1.1 板材自動套料技術(shù)的基本原理與結(jié)構(gòu)

板材自動套料技術(shù)能夠依據(jù)企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)以及庫存管理模式，完善自身的材料管理，并且有效的提升其材料的利用率，將材料依據(jù)不同的材質(zhì)、規(guī)格、板厚以及工程進(jìn)行統(tǒng)計以及匯總。同時，還能夠?qū)η懈钔曛蟮挠嗔峡梢栽俅卫茫⑵鹨环N有效的管理，通過對其進(jìn)行有效編碼，為材料排版建立起數(shù)據(jù)支撐。在材料消耗之后，對應(yīng)規(guī)格和編碼的材料從數(shù)據(jù)庫之中消除，而余料直接進(jìn)入材料數(shù)據(jù)庫。其關(guān)鍵的技術(shù)特性就是通過運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實現(xiàn)排版的信息共享以及交流，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 板材自動套料系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

板材自動套料技術(shù)在廠房鋼結(jié)構(gòu)制作中能夠起到如下幾個方面的作用：通過運用板材自動套料技術(shù)，能夠起到有效的提升鋼結(jié)構(gòu)的制作效率的作用，由于所有的板材都已經(jīng)編號、排序，自動套料與手工排版相比，能夠節(jié)省大量的時間；采用板材自動套料技術(shù)，在廠房的鋼結(jié)構(gòu)制作之中，能夠有效的減少板材的消耗，提高板材的利用效率。在傳統(tǒng)的手工排版方式之下，切割之后的余料往往直接當(dāng)作廢品進(jìn)行處理，利用效率不高。但是，板材自動套料技術(shù)能夠?qū)τ嗔线M(jìn)行分析，將可以再利用的余料進(jìn)行分類存放，在需要時，自動調(diào)用，可以有效的提升板材的利用效率，降低鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)制作成本。

2.1 等離子切割技術(shù)的基本原理

根據(jù)目前的科學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)基本上分為4種狀態(tài)，即隨著溫度的不斷升高，物質(zhì)一般會有固體、液體以及氣體3種狀態(tài)，并且隨著溫度的進(jìn)一步升高，能量還會使得分子進(jìn)一步的分離，其中的原子由于激烈的相互碰撞而導(dǎo)致其內(nèi)部的電子脫離出來，并且離解成為正負(fù)離子。這時，物質(zhì)就進(jìn)入到了第4種狀態(tài)，也就是本文提及的等離子體。等離子之間的撞擊會釋放出非常龐大的能量，并且能夠維持在一個非常高的溫度之下。正是基于等離子的這種性質(zhì)，將其通過一定的約束之后應(yīng)用于切割之中，往往具有非常好的效果。而且，等離子切割與傳統(tǒng)的火焰切割相比較，除了熔化之外，還起到一定的有氧蒸發(fā)的作用，切割速度更快，切口質(zhì)量更好，而且穿孔時間很短，因此目前也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。等離子切割的基本原理如圖2所示。

圖2 等離子切割的基本原理

如圖2所示，等離子弧切的原理實際上就是以高溫高速的等離子弧為熱源、將被切割件面部熔化，并得用壓縮的高速氣流的機械沖刷力將熔化的金屬或非金屬吹走而形成狹窄的切口的過程。

2 應(yīng)用實例分析

2.1 案例簡介

HD鋼構(gòu)廠作為年產(chǎn)在15萬t大型鋼結(jié)構(gòu)制造特級企業(yè)，近年來為大量鋼結(jié)構(gòu)廠房的建設(shè)提供鋼結(jié)構(gòu)制作服務(wù)，在經(jīng)營過程中，企業(yè)發(fā)現(xiàn)其傳統(tǒng)的排版以及切割方式，存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率難以保障等問題。如何降低材料損耗和提高材料余料利用率，加強鋼材預(yù)算及定板定尺采購，實現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)切割下料的全過程信息化管理模式尤為重要。

2.2 板材自動套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)的應(yīng)用

HD鋼構(gòu)廠在2012年開始，對其切割機進(jìn)行了改造，已納入了Fastcam套料軟件以及XSTEEL技術(shù)，從而實現(xiàn)了編程的簡單化，使得板材的自動套料成為了可能。此外，HD鋼構(gòu)廠還引入了等離子切割技術(shù)，對切割方式進(jìn)行了升級。為了便于操作，HD鋼構(gòu)廠對于所有的客戶的要求運用AutoCAD進(jìn)行了重新設(shè)計，然后在Fastcam中導(dǎo)入相關(guān)的設(shè)計文件，就可以根據(jù)提示確定下料的數(shù)量、規(guī)格，并且以最節(jié)省余料的原則，對零件進(jìn)行排版布局，選擇合適的切入點。

2.3 板材自動套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)應(yīng)用的效益

通過上述一系列的升級和改造，HD鋼構(gòu)廠實現(xiàn)了損耗率降低1%的目標(biāo)，以年產(chǎn)15萬t計算，損耗率每降低1%，將節(jié)約成本15萬t×1%×3000元/t=450萬元。同時，良品率也得到了一定的提升，再加上效率的相應(yīng)提升，經(jīng)過初步測算，這兩項就可以給HD鋼構(gòu)廠實現(xiàn)近500萬元利潤的提升。因此，綜合來看，在HD鋼構(gòu)廠應(yīng)用板材自動套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)可以每年多實現(xiàn)近1000萬元的利潤。

3 結(jié)語

近年來，隨著數(shù)控技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)以及其他相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和普及，極大的促進(jìn)和滿足了鋼結(jié)構(gòu)制造行業(yè)的發(fā)展，其技術(shù)發(fā)展以及普及帶來的綜合效益的提升非常客觀。文章介紹的板材自動套料技術(shù)以及等離子切割技術(shù)在廠房鋼結(jié)構(gòu)制作中的應(yīng)用，可以為HD鋼構(gòu)廠每年增加1000萬元的利潤，值得推廣。

[1]任清川，徐雷，何賽松，黃世游.方管管端焊接坡口模型及加工工藝精度[J].焊接學(xué)報，2013（03）.

[2]許鵬程，王海祥，李一如.全自動等離子切割機的控制系統(tǒng)的實現(xiàn)[J].中國制造業(yè)信息化，2012（23）.