液壓支架零部件的切割變形控制要點(diǎn)

張曉斌

（山西汾西宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 孝義 032300）

引言

液壓支架作為采煤工作面礦山壓力控制主要結(jié)構(gòu)，其零部件下料大多采用切割方式完成。但切割過程中，由于各方面因素的影響，容易產(chǎn)生變形，這對(duì)深加工及對(duì)焊等都有很大的影響，導(dǎo)致產(chǎn)品性能及質(zhì)量可靠性均明顯下降。因此，必須對(duì)切割變形控制引起足夠的重視，明確變形控制要點(diǎn)和采取有效的控制措施。

1 熱變形及其產(chǎn)生原因分析

借助火焰切割機(jī)切割零件時(shí)，若鋼板的加熱或冷卻未能達(dá)到均勻，將產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致零件產(chǎn)生彎曲或移位，引起切割熱變形。目前常用切割機(jī)所用切割方式均為氧氣+乙炔，這種切割機(jī)的熱量分散和受熱面都很大，更容易引起變形。

切割變形常見存在形式包括以下幾種：

其一，收縮變形。切割時(shí)被加熱區(qū)域僅為割縫周圍，這部分產(chǎn)生熱膨脹后會(huì)使局部尺寸增大，但工件的絕大部分還沒有從母板中脫離，仍然受到其他部分的牽制和阻礙，形成應(yīng)力，致使熱膨脹受到很大的阻礙，伴隨切割件逐漸從母板中脫離，為切割件提供發(fā)生回旋活動(dòng)的條件，冷縮阻力降低，使尺寸縮短增加。就零件本身而言，在溫度降低到正常狀態(tài)時(shí)，尺寸縮短，并非伸長(zhǎng)，此即為收縮變形[1]。

其二，尺寸超差變形。即不少于兩個(gè)尺寸產(chǎn)生變化，導(dǎo)致外形改變。該形式一般不單獨(dú)發(fā)生，通常以符合形式產(chǎn)生。

其三，波浪變形。對(duì)大面積厚度較小的板進(jìn)行切割時(shí)，當(dāng)內(nèi)輪廓個(gè)數(shù)較多時(shí)，產(chǎn)生的波浪情況將比較嚴(yán)重，其原因?yàn)槎鄠€(gè)不均勻膨脹和收縮一同作用。

其四，扭曲變形。零件產(chǎn)生橫縱向收縮，內(nèi)部應(yīng)力的分配未能達(dá)到均勻。對(duì)細(xì)長(zhǎng)形厚度較大的零件進(jìn)行切割時(shí)，通常要增大一些切割參數(shù)，這樣會(huì)使零件間的割縫變大，若此時(shí)所用套排方法不正確，將很有可能導(dǎo)致零件產(chǎn)生扭曲變形[2]。

2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

以某下料車間為例，該車間復(fù)雜對(duì)全長(zhǎng)所有板材零部件進(jìn)行下料，在一次檢驗(yàn)工作中，得出以下統(tǒng)計(jì)結(jié)果：總檢驗(yàn)件數(shù)119，其中，一級(jí)品的件數(shù)為80，比率67.2%，二級(jí)品的件數(shù)為34，比率28.6%，三級(jí)品的件數(shù)為5，比率4.2%。在此基礎(chǔ)上，對(duì)二級(jí)與三級(jí)品所產(chǎn)生的熱變形形式作進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)，結(jié)果為：以收縮變形為最多，共18 件，比率為46.15%；其次分別為尺寸超差變形，共15 件，比率為38.46%、波浪變形，共3 件，比率為7.7%、彎曲變形，共2 件，比率為5.13%；以扭曲變形為最少，只有1 件，比率為2.56%。

3 變形控制要點(diǎn)及方法

3.1 程序方面

切割程序方面導(dǎo)致工件變形的原因包括：切割方向、順序及穿孔點(diǎn)等的確定不合理，使用合理可行的編套，能起到減少熱變形的作用[3]。

3.1.1 起割點(diǎn)選擇

起割點(diǎn)最好處于零件角點(diǎn)及直線邊，采用圓弧或者是直線的形式引入，直線長(zhǎng)度或圓弧半徑均以鋼板厚度及零件間距為依據(jù)確定。在切割鋼板上首個(gè)細(xì)長(zhǎng)形零件時(shí)，要注意穿孔點(diǎn)對(duì)應(yīng)的引入線不可割開鋼板邊，以鋼板為基礎(chǔ)直接進(jìn)行穿孔，并使穿孔的厚度處于允許范圍之內(nèi)，以減少或避免首件切割變形[4]。

3.1.2 切割方向選擇

切割方向至關(guān)重要，如果方向不對(duì)，則很容易導(dǎo)致變形，甚至出現(xiàn)廢品。一般情況下，切割方向應(yīng)從起始點(diǎn)處開始，無論順時(shí)針或逆時(shí)針，最后一個(gè)切割邊都要和母材之間完全脫離。若先和母材之間脫離，則周圍邊框無法承受熱變形應(yīng)力，導(dǎo)致切割零件產(chǎn)生移位，其變形形式以尺寸超差變形為主。

3.1.3 切割順序確定

切割順序是指由切割機(jī)對(duì)鋼板進(jìn)行切割時(shí)遵循的順序。

1）在零件切割過程中，若不僅存在小零件，而且還有比小零件略大的內(nèi)輪廓，則應(yīng)縣對(duì)內(nèi)輪廓里套的小零件進(jìn)行切割；

2）切割完內(nèi)輪廓以后，再切割外輪廓；

3）先對(duì)面積相對(duì)較小的零件進(jìn)行切割，在對(duì)面積較大的進(jìn)行切割；

4）在確定具體排序的過程中，應(yīng)遵循盡可能減少空程的原則。對(duì)于有內(nèi)輪廓存在的零件，通常按照從左到右的以S 形次序?qū)嵤┣懈睿瑢⒆詈蟮膬?nèi)輪廓切割完成后，對(duì)與之距離最小的外輪廓向板寬的方向進(jìn)行切割，以此縮短空程所需時(shí)間，同時(shí)還能起到減小熱變形的作用，在保證質(zhì)量的同時(shí)加快工作效率[5]。

3.1.4 切割速度確定

切割速度主要和鋼板厚度有關(guān)，一般為板厚越大，切割速度越慢，同時(shí)還要和切割口金屬發(fā)生氧化的速度達(dá)到良好配合；對(duì)于厚度較小的鋼板，切割速度不能太慢，且預(yù)熱火焰功率不可太大，否則可能導(dǎo)致黏結(jié)，使完成切割的零件產(chǎn)生很多無法清理的鐵渣；此外，對(duì)氧氣壓力的調(diào)節(jié)應(yīng)達(dá)到適中，否則很有可能導(dǎo)致切口縫隙變大，為之后切割時(shí)產(chǎn)生的變形創(chuàng)造條件。不同鋼板厚度條件下的工藝參數(shù)應(yīng)按照以下規(guī)范要求確定：

1）當(dāng)鋼板厚度在8～12 mm 范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)使用1號(hào)割嘴，切割速度需控制在400～350 mm/min，割縫補(bǔ)償值取0.8 mm，丙烷的壓力不低于0.03 MPa，切割氧壓力需控制在0.6～0.7 MPa；

2）當(dāng)鋼板厚度在15～25 mm 范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)使用2號(hào)割嘴，切割速度需控制在350～300 mm/min 范圍內(nèi)，割縫補(bǔ)償值取1.0 mm，丙烷的壓力不低于0.04 MPa，切割氧壓力控制在0.6～0.7 MPa 范圍內(nèi)；

3）當(dāng)鋼板厚度在25～35 mm 范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)使用3號(hào)割嘴，切割速度需控制在300～250 mm/min 范圍內(nèi)，割縫補(bǔ)償值取1.5 mm，丙烷的壓力不低于0.05 MPa，切割氧壓力控制在0.6～0.7 MPa 范圍內(nèi)；

4）當(dāng)鋼板厚度在35～50 mm 范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)使用4號(hào)割嘴，切割速度需控制在250～150 mm/min 范圍內(nèi)，割縫補(bǔ)償值取2.0 mm，丙烷的壓力不低于0.05 MPa，切割氧壓力控制在0.7～0.8 MPa 范圍內(nèi)；

5）當(dāng)鋼板厚度在50～100 mm 范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)使用5 號(hào)割嘴，切割速度需控制在150～80 mm/min 范圍內(nèi)，割縫補(bǔ)償值取3.0 mm，丙烷的壓力不低于0.06 MPa，切割氧壓力控制在0.7～0.8 MPa 范圍內(nèi)[6]。

3.2 異形件切割邊形控制

切割時(shí)無法避免遇到一些形狀比較復(fù)雜或特殊的情況，對(duì)這些零部件如果依然按照以往的方法進(jìn)行切割，則很有可能產(chǎn)生扭曲變形或?qū)е虑懈畛叽绯睢?duì)此，可采用以下措施來控制熱變形。

對(duì)細(xì)長(zhǎng)形的零件進(jìn)行切割時(shí)，可能沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生縮短，特別是當(dāng)存在內(nèi)輪廓時(shí)。對(duì)此，在編套的過程中就應(yīng)該預(yù)先增加尺寸，用于補(bǔ)償切割完成后發(fā)生的縮短。以支架頂梁主筋為例，如圖1 所示，沿主筋長(zhǎng)度方向以切割機(jī)性能為依據(jù)通常增加5 mm收縮量，同時(shí)保證增加的均勻性，在1 號(hào)孔和2 號(hào)孔之間增加2 mm 的尺寸，在3 號(hào)孔和4 號(hào)孔之間增加2 mm 的尺寸，在5 號(hào)孔和6 號(hào)孔之間增加1 mm的尺寸。對(duì)于長(zhǎng)度和寬度之比相對(duì)較大的零件，在編套的過程中還可采用斷點(diǎn)法或橋法，即在零件切割長(zhǎng)邊增設(shè)若干暫時(shí)不予切割的點(diǎn)或段，利用這些點(diǎn)或段使切割時(shí)零件和鋼板之間形成一個(gè)整體，將其它部分均切割好以后，對(duì)這幾個(gè)點(diǎn)或段進(jìn)行切割。實(shí)踐表明，采用以上方法能明顯減小零件沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生的收縮變形。

圖1 支架頂梁主筋

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于切割熱變形，需要在圖紙編套前就確定有效的防止措施。以零件尺寸和形狀為參考，通過分析確定所有可能產(chǎn)生的變形與誤差，然后在編套中針對(duì)性地確定編套方案，并在切割過程中對(duì)各項(xiàng)參數(shù)予以適當(dāng)調(diào)整。通過防止措施的應(yīng)用，將變形量限制在允許范圍以內(nèi)，以此最大限度減少或避免廢品產(chǎn)生。切割變形實(shí)際上是一個(gè)十分復(fù)雜的工作，需要長(zhǎng)時(shí)間摸索來掌握規(guī)律，并在日常工作當(dāng)中不斷總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，只有這樣才能確保切割下料得到有效的完善，避免切割變形發(fā)生，保證最終下料成果的質(zhì)量。