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切割機(jī)原理

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快速了解空氣等離子切割機(jī)切割參數(shù)的耦合關(guān)系

發(fā)表時(shí)間:2018-01-26 21:25:56

   空氣等離子切割機(jī)是通過(guò)一種電離的、離子化的導(dǎo)電氣體(等離子)來(lái)使材料實(shí)現(xiàn)熱分離。在切割過(guò)程中,等離子弧會(huì)產(chǎn)生很大熱量來(lái)熔化金屬,同時(shí)工作氣體在等離子槍體的噴嘴中被等離子弧加熱而迅速膨脹,并以非常高的速度從噴嘴中噴出,所以具有很大的吹力。因此,等離子弧不僅可以切割各種金屬材料,也可以切割非金屬材料。 
   空氣等離子切割機(jī)的切割過(guò)程是極其復(fù)雜的,分析等離子弧切割過(guò)程不僅要考慮周?chē)h(huán)境包含溫度,濕度對(duì)其影響;還要考慮加工過(guò)程中的噪聲對(duì)控制系統(tǒng)的干擾。 
   空氣等離子切割機(jī)切割工藝參數(shù)在解耦狀態(tài)下對(duì)加工質(zhì)量的影響,影響等離子弧切割的工藝參數(shù)較多,其中主要包括切割電流、切割速度、氣體流量以及噴嘴距工件的高度等。 
   (1)切割電流的影響:切割電流直接影響等離子弧的能量密度及分布。正常情況下,電源的切割能力隨著電流的增大而提高,因此其切割速度也相應(yīng)增大;但過(guò)大的電流會(huì)使得噴嘴熱負(fù)荷增大,導(dǎo)致電極和噴嘴過(guò)早地?zé)龘p,從而無(wú)法進(jìn)行正常切割;同時(shí),電流的增大也會(huì)使得等離子電弧直徑增加,從而也導(dǎo)致工件割縫變寬,嚴(yán)重影響切割質(zhì)量;切割電流太小時(shí),電弧切割能力不足,導(dǎo)致工件不能被割開(kāi)。 
    切割10mm鋼板時(shí)。設(shè)定切割電流如下表1所示,其它切割工藝參數(shù)設(shè)定如下:噴嘴孔徑為1.3mm,切割速度為1.5m/min,切割氣壓為0.6MPa,割炬高度為3mm,噴嘴孔徑為2.7mm,切割速度為0.6m/min,切割氣壓為0.6MPa,割炬高度為3mm。 
    由圖1表2可以看出,3號(hào)工件的切口質(zhì)量最佳,表面比較光潔,粗糙度值低,且熔渣較少;小電流切割薄板的切口質(zhì)量比大電流切割中厚板的切口質(zhì)量要好;當(dāng)電流減小時(shí),切割面粗糙度變大,電弧切割能力下降,在切割工件中甚至出現(xiàn)割不透的現(xiàn)象,掛渣量增多;當(dāng)增大切割電流時(shí),切割面斜度減小,割縫寬度明顯增大,工件的掛渣量顯著增多,切割面光潔度下降,表面粗糙度變大。 
   (2)切割速度的影響:切割速度一般由材料的厚度、材質(zhì)、熔點(diǎn)、熱導(dǎo)率,以及熔化后的表面張力等因素來(lái)決定。切割速度快時(shí),熔渣量雖然少,但附著的是難以剝落的熔渣。切割速度慢時(shí),熔渣量雖然多,但熔渣容易剝落。由此可見(jiàn),良好的切割質(zhì)量與切割速度是分不開(kāi)的。 
切割10mm鋼板時(shí),設(shè)定切割速度設(shè)置如下表2所示,噴嘴孔徑為1.3mm,切割電流為80A,切割氣壓為0.6MPa;割炬高度為3mm。 
   (3)氣體流量:氣體流量要與噴嘴孔徑相適應(yīng)。氣體流量大,利于壓縮電弧,使等離子弧的能量更為集中,提高了工作電壓,有利于提高切割速度和及時(shí)吹除熔化金屬。但當(dāng)氣體流量過(guò)大時(shí),會(huì)因冷卻氣流從電弧中帶走過(guò)多的熱量,反而使切割能力下降,電弧燃燒不穩(wěn)定,甚至使切割過(guò)程無(wú)法正常進(jìn)行。 
切割10mm鋼板時(shí),設(shè)定切割氣壓如下表3設(shè)置,其它切割工藝參數(shù)設(shè)定如下:噴嘴孔徑為1.3 mm,切割電流為80A,切割速度為1.5m/min,割炬高度為3ram。 
   由圖3表4可以看出,3號(hào)工件的切割質(zhì)量最佳,其表面比較光潔粗糙度低。2號(hào)工件底部沒(méi)有掛渣,氣體壓力下降,電弧切割能力下降,使得切口質(zhì)量下降,表面粗糙度增大吹走而堆在底部,形成切口積瘤,如圖5號(hào)工件所示;氣壓過(guò)高時(shí)熔渣未能及時(shí)被,空氣流量會(huì)帶走一部分切割電弧熱量,再加上等離子電弧弧柱被吹散,使得電弧能量不能充分集中,減弱了其切割強(qiáng)度,使得切割質(zhì)量也稍微下降;總之,切割氣壓越高,割縫寬度越窄,切面斜度越小。 
   (4)噴嘴距工件高度:噴嘴距工件高度是等離子體切割的重要工藝參數(shù),為使割縫均勻一致,該高度值在切割過(guò)程中必須保持不變。為了提高切割質(zhì)量,等離子體割炬頭高度必須隨被切割板材變形量的變化而自動(dòng)調(diào)節(jié),保證割炬頭到被切割板材的距離不變。切割10mm鋼板時(shí),設(shè)定割炬高度設(shè)置如下表4所示,其它切割工藝參數(shù)固定如下:噴嘴孔徑為1.3 mm,切割電流為80A,切割速度為1.5m/min,切割氣壓為0.6MPa。 
   由表4圖4可以看出,但隨著割炬高度的增加,壓縮空氣的吹力逐漸減弱,氣流的沖擊力不足,使得割縫里的熔渣不能被充分吹走,因此工件底部掛渣量也會(huì)相應(yīng)增多;再者,從等離子射流的形態(tài)方面考慮,由于電弧直徑在噴出槍口后是向外膨脹的,增加割炬高度會(huì)使得擊穿工件的有效電弧直徑變大,因此割縫寬度也會(huì)隨著增大,同時(shí),切面斜度也變大。 
    等離子弧切割參數(shù)耦合關(guān)系:我們選取不同厚度的鋼板,進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn),分別給予參數(shù)不同的取值范圍,從實(shí)驗(yàn)中獲取參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)。通選擇不同的切割速度,切割電流,切割氣壓,割炬高度等參數(shù)多次試驗(yàn)。試驗(yàn)分析可得: 
   (1)切割速度與切割氣壓關(guān)系。切割速度過(guò)高、氣壓過(guò)低時(shí),切割面的傾斜度大。這是因?yàn)樗俣冗^(guò)快,弧柱嚴(yán)重后傾,割縫下半部熔化速度跟不上,所以切割的零件尺寸上平面尺寸小,下平面尺寸大。尤其是切割直角零件時(shí),在拐角處的底部割縫成圓弧形。如果切割速度過(guò)低,氣壓過(guò)高則掛渣嚴(yán)重,不易清除,表面粗糙度也相對(duì)較差。如果切割速度合適,工作氣壓過(guò)高,弧柱的挺度和圓滑度受到破壞,切割能力下降,切割面的表面粗糙度也較差。 
   (2)切割電流與切割速度的關(guān)系。對(duì)于確定厚度的板材,切割電流越大,切割速度越快;但切割電流過(guò)大,易燒損電極和噴嘴,且易產(chǎn)生雙弧。對(duì)于確定的電極和噴嘴,一般依據(jù)板厚及切割速度選擇合適的切割電流,增加切割電流同樣能提高等離子弧的功率,但不能超過(guò)最大允許電流的限制,否則會(huì)使等離子弧柱變粗,割縫寬度增加,降低電極壽命。 
   (3)切割速度是切割過(guò)程中割炬與工件間的相對(duì)切割速度使切口表面粗糙不平直,使切口底部熔瘤增多,清理較困難,同時(shí)熱影響區(qū)及切口寬度增加。切割速度變更的大致基準(zhǔn)以元切割速度的80-120%為大致基準(zhǔn)提高弧柱電壓能明顯地增加等離子弧的功率,因而能提高切割速度和切割厚度。 
   實(shí)驗(yàn)中其他影響切割質(zhì)量的因素 
  (1)引起工件的刮渣和毛刺現(xiàn)象的原因很復(fù)雜。切割工件的速度過(guò)快或過(guò)慢;割嘴的老化和損壞,保護(hù)氣體的純度不夠或者氣體種類(lèi)跟噴嘴材料不合適。 
  (2)鎢極與噴嘴的同心度,防止等離子弧和氣流動(dòng)力的對(duì)稱(chēng)性被破壞。出現(xiàn)等離子弧偏吹,切口大小不對(duì)稱(chēng),以及雙弧現(xiàn)象。同時(shí),通過(guò)縮小噴嘴孔尺寸而產(chǎn)生極度壓縮電弧,大大提高了等離子弧電流密度,等離子弧切割獲得了與激光產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)所需要的高能量密度。切口窄,切割面光滑且無(wú)掛渣,無(wú)需進(jìn)行二次處理,主要適用于精密切割及高速度低成本切割場(chǎng)合。 
   總之,對(duì)于空氣等離子切割機(jī)切割參數(shù)的選擇不是單一參數(shù)的確定,必須兼顧其他參數(shù)的影響。考慮參數(shù)之間的耦合效應(yīng)。切割不同厚度的鋼板時(shí),需合理選擇不同的切割功率、切割速度和工作氣壓,才能得到較好的切割效果。
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