正交試驗法優化精細等離子引入引出參數研究

董漢偉，趙洪波，于　丹，宋利鋒

(三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽 110027)

正交試驗法優化精細等離子引入引出參數研究

董漢偉，趙洪波，于丹，宋利鋒

(三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽 110027)

摘要：針對精細等離子切割內孔時的引入引出點缺陷問題，以引入引出參數設置為切入點，設計正交試驗并進行對比分析。確定引入圓弧半徑為9 mm、引入角度為70°、引出圓弧半徑為5 mm、引出角度為70°、間隙值為2 mm是優化參數組合，結果顯示其可以明顯改善引入引出點切割質量，將凹坑深度控制在<0.5 mm，解決了精細等離子切割引入引出點缺陷問題。

關鍵詞：精細等離子；引入引出缺陷；正交試驗；參數優化

精細等離子切割內孔時，容易發生引入引出位置運動方向的改變[1]，導致切割缺陷，產生凹坑，從而影響產品外觀質量及性能[2]。分析認為，通過調整引入引出參數設置[3]，對目前所使用的引入引出參數進行優化，可以達到改善引入引出點切割質量的目的[4]。引入引出參數包括引入圓弧半徑、引入角度、引出圓弧半徑、引出角度和間隙值等[5]。

如果對每組參數的組合都通過切割試驗來優化引入引出參數，則工作量較大，耗費大量人力物力，而采用正交試驗法可以用較少的試驗次數選出各因素的最優組合。本文以正交試驗法為指導思路，通過設計正交試驗并進行對比分析，尋找引入引出參數的最佳組合，以改善精細等離子引入引出位置的切割質量。

1試驗準備

1.1正交試驗設計

使用五因素四水平正交試驗表L16(45)進行試驗，共進行16次切割試驗，試驗參數見表1。其他試驗參數相同并確定條件如下：切割材料為Q345B鋼板，板厚為16 mm；切割電流為200 A；切割速度為1 800 mm/min，內孔直徑為40 mm。

表1　試驗參數表

1.2確定考核指標

一般引入引出位置的缺陷表現為凹坑，如圖1所示。為了客觀表征切割缺陷，以凹坑深度H為引入引出質量考核指標。

圖1　引入引出缺陷

凹坑深度為理論圓弧邊界與凹坑缺陷邊界之間的距離，如圖2所示。每組參數的凹坑深度取5次測量的平均值。

圖2　凹坑深度示意圖

2試驗過程與分析

按表2參數進行16組切割試驗。表2中H值為凹坑深度數據。

2.1綜合影響值

計算各因素對凹坑深度的綜合影響值Kij：

K11=1.16+0.64+0.85+1.11=3.76

K21=0.47+0.99+0.83+0.66=2.95

K31=0.84+0.69+0.87+0.66=3.06

K41=0.44+0.54+0.58+0.94=2.50

依次計算：K12～K42，K13～K43，K14～K44，K15～K45，并將計算結果填入表2。

2.2分析計算結果

找出各因素對凹坑深度影響的主次順序，采用極差分析法，首先計算各因素對凹坑深度影響的極差Rj：

R1=3.76-2.50=1.26

R2=3.37-2.86=0.51

R3=3.96-2.35=1.61

R4=3.52-2.61=0.91

R5=3.25-2.94=0.31

將計算得到的Rj值填入表2的相應欄內，比較Rj值的大小可以看出各因素對凹坑深度影響的主次順序為：C>A>D>B>E，即引出圓弧半徑和引入圓弧半徑對凹坑缺陷的影響較大，而間隙值的影響較小。

表2　試驗參數及凹坑深度值

續表2

序號ABCDEH16441320.94K1j3.762.913.963.193.09—K2j2.952.862.352.613.25—K3j3.063.132.892.952.94—K4j2.503.373.073.522.99—Rj1.260.511.610.910.31—

2.3確定各因素的較優位級組合

從表2中各因素對凹坑深度的綜合影響值可以看出，引入圓弧半徑為9 mm時，切割工件的凹坑深度最小，即引入圓弧半徑的最優值為A4(9 mm)；同理，可以得出各因素最優組合為A4B2C2D2E3，即引入圓弧半徑為9 mm，引入角度為70°，引出圓弧半徑為5 mm，引出角度為70°，間隙值為2 mm。

2.4實施驗證

圖3　改進參數切割試樣

以最佳組合A4B2C2D2E3為引入引出參數進行驗證試驗，切割工件如圖3所示，測得凹坑深度為0.4 mm，缺陷程度較小，優化效果顯著。

3結語

通過引入正交試驗法，對精細等離子切割引入引出參數進行了試驗與評定，確定引入圓弧半徑為9 mm、引入角度為70°、引出圓弧半徑為5 mm、引出角度為70°、間隙值為2 mm為優化參數組合，其可以明顯改善引入引出點切割質量，使凹坑深度控制在<0.5 mm，滿足公司零件切割質量要求，解決了精細等離子切割引入引出點缺陷問題。

參考文獻

[1] 楊素媛，潘文力．國內數控切割技術的研究與應用現狀[J]．金屬加工(熱加工)，2010(8)：37-40.

[2] 陳潔，鄭鵬．數控等離子切割技術及應用[J]．新技術新工藝，2009(2)：80-83.

[3] 孫凌翔，李勁松．數控等離子弧切割多參數的選擇與優化控制[J]．電焊機，2011，41(2)：79-83.

[4] 江開平．空氣等離子弧切割的質量提高及環境保護[J]．金屬加工(熱加工)，2012(14)：70-71.

[5] 李莉．基于數控切割技術的井下液壓支架結構優化[J]．煤炭技術，2013(6)：28-29.

責任編輯李思文

Optimization of Cut-in Parameter for Precision Plasma by Orthogonal Experiment

DONG Hanwei, ZHAO Hongbo, YU Dan, SONG Lifeng

(Sany Heavy Equipment Co., Ltd, Shenyang 110027, China)

Abstract:Aimed at the cut-in defects of inner holes from precision plasma, orthogonal experiment about cut-in parameter was designed following with comprehensive analysis. The optimized cut-in parameters with cut-in radius of 9 mm, cut-in angle of 70°, cut-off radius of 5 mm, cut-off angle of 70° and gap distance of 2 mm were obtained, which brings significant improvement on cutting quality. The defects depths can be controlled under 0.5 mm, along with the solution of cut-in defects from precision plasma.

Key words：precision plasma, cut-in defects, orthogonal experiment, parameter optimization

收稿日期：2014-04-29

作者簡介：董漢偉(1983-)，男，碩士，工藝工程師，主要從事焊接成型等方面的研究

中圖分類號：TG 483

文獻標志碼：A