在機械加工過程中,板材切割常用方式有手工切割、半自動切割機切割及數控切割機切割。手工切割靈活方便,但手工切割質量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后續加工工作量大,同時勞動條件惡劣,生產效率低。半自動切割機中的仿形切割機,切割工件的質量較好,由于其使用切割模具,不適合于單件、小批量和大工件切割。數控切割可有效地提高板材切割地效率和切割質量,減輕操作者的勞動強度。
數控切割機按照切割介質不同可以分為:數控火焰切割、等離子切割及激光切割,還可以根據用戶的要求配置噴粉劃線、自動調高(火焰時的電容調高、等離子時的弧壓調高)、數控鉆孔、沖打標記等功能。數控火焰切割機配合套料軟件,可對金屬板材進行平面任意形狀的切割。火焰切割原理是,材料被局部加熱到燃點,加熱火焰和切割材料燃燒產生的熱量使切割材料在切割氧流中連續燃燒,燃燒所產生的熔渣被切割氧流吹掉,從而形成割縫。通常情況下,氧氣作為助燃劑,乙炔、丙烷或液化石油氣作為燃氣。因此,被切割的材料應滿足以下條件:
1、材料加熱到燃點能在氧氣中燃燒;
2、材料的燃點低于熔點;
3、材料氧化物的熔點必須低于材料的燃點,熔渣才能被切割氧流吹掉;
4、材料燃燒是放熱反應,導熱性能不是太高;
5、質量切割對氧氣的要求:純度不低于99.5%。
因此,火焰切割機主要應用限于低碳鋼、低合金鋼的切割。切割優點:自動化程度高,降低原材料消耗,節約成本,主要用于切割大、厚低碳鋼板,切割費用較低。缺點是切割變形大,切割精度不高,切割速度較低,切割預熱時間長等。
數控等離子切割技術是集數控技術,計算機軟、硬件技術、等離子切割技術、精密機械技術于一體的高新技術。其切割原理是,氣體被加熱到極高溫度并被高度電離,它將電弧功率轉移到工件上,高熱量使工件熔化并被吹掉,形成等離子弧進行切割,從而形成切口的一種加工方法。有普通等離子、水射流式等離子和精細等離子三種形式。美國海寶公司的等離子系統代表著當今世界等離子系統的最高水平,其產品規格覆蓋從普通等離子、水射流式等離子直至精細等離子等所有熱切割用等離子系統。普通等離子電源輸出電流為20~200A,切割厚度可達50mm以下;水射流式等離子電源輸出電流最高可達1000A,切割厚度可達130mm以下;精細等離子電源輸出電流最高可達100A,切割厚度可達12mm以下 ,其中精細等離子割縫寬0.65~0.75mm,與數控切割機配合可達±0.2mm的切割精度。空氣、氧氣、氮氣、H35(65%Ar和35%H2)等可以作為等離子氣,分別適用于不同的場合。
等離子切割特點:相比火焰切割,等離子切割的切割速度快,切割效率高,切割精度高;多功能即通過加掛不同附件增加數控機床的柔性,為下道工序提供定位、焊接、儲存基礎。例如打標記功能可提供安裝和定位基準。等離子切割可進行X、V、Y和K形等坡口加工,不僅可完成直線坡口還可完成曲線、圓弧形坡口,為焊接提供方便。缺點是等離子割炬、耗材價格較貴。等離子切割時產生噪聲,粉塵、有害氣體和弧光,利用水下切割或增加抽煙設備能消除以上有害因素,可以有效地改善工作場合的環境。等離子切割領域寬,可切割碳鋼、不銹鋼鋼板、有色金屬和許多非金屬材料,廣泛應用于鍋爐、船舶、水電、石化、機械等行業。
數控激光切割機,其切割原理是利用高功率密度的激光束掃描過材料表面,在極短時間內將材料加熱到幾千至上萬攝氏度,使材料熔化或氣化,再用高壓氣體將熔化或氣化物質從切縫中吹走,達到切割材料的目的。數控激光切割機廣泛應用于金屬及非金屬材料,常使用的是CO2激光切割機。其優點是:切割質量好、切口寬度窄、精度高、切口表面粗糙度好、切割速度快、變形極小。并且清潔、安全、無污染。大大改善了操作人員的工作環境。缺點是,激光切割機價格昂貴,切割費用高,目前只適合于薄板切割、精度要求高的場合。
數控切割機按功能分為:平面直口切割、直線坡口切割、曲線坡口切割、相貫線切割、異型件切割等。如:數控相貫線切割機:對鋼管與有色金屬管子的結合處相貫線孔、端部、管頭進行自動計算和切割。可以取代傳統加工過程中采用人工制作樣板、劃線、手工切割、打磨等落后工藝,可應用于鋼管結構件的加工生產;數控坡口切割機:可在板材上進行V、X、Y型坡口切割,被廣泛應用于大、中型金屬材料的加工制造企業。
目前綜合實力較強的割切機生產廠家:國外有梅塞爾、伊薩、小池等,國內有無錫華聯、寧波金鳳、常州博大、哈電數控、深圳博利昌等,他們生產規模較大,產品規格齊全,品種多,質量較穩定,信譽度較好。當然有的企業雖然批量較小但也各有其特點,能適應不同企業的需求。
根據我國2020年國民經濟發展的總體目標要求,以及我國焊接行業的發展趨勢預測,我國在5年內焊接結構鋼的產量將占到鋼鐵產量的60%。屆時,我國鋼產量將介于5~6億噸之間,這意味著焊接結構鋼的年產量將達到3到3.6億噸。而切割是焊接的前一道工序,對板材切割加工的工作效率和產品表面質量、降低生產成本、具有高智能化的自動切割功能要求越來越高。故數控切割機越來越受到人們的關注,呈現出持續增長的趨勢。