1数控等离子切割技术的原理
数控等离子切割技术的工作原理：以高温高速的等离子弧为热源，利用优化设计的喷嘴，产生经压缩的高温等离子流来熔化被切割的导电金属，采用数字程序驱动机床运动，随着机床运动，利用高速等离子的动量排除熔融金属形成狭窄切缝的一种热加工方法。根据等离子电源的不同，等离子切割技术分为三类[2]：（1）普通等离子切割。根据所使用的工作气体主要分为氩等离子切割、氧等离子切割等，切割电流在100A以下，切割厚度小于等于30mm。（2）再约束等离子切割。由于等离子弧受到再次压缩，其电流密度、切割弧的能量进一步集中，可大幅提高切割速度和加工质量。（3）精细等离子切割。其等离子电流密度是普通的数倍，且电弧稳定性好，切割精度高，可达激光切割的下限。本研究工艺试验将使用精细等离子电源。
2铝合金中厚板的切割工艺试验
试验条件：在武汉某企业的数控等离子切割设备上，采用美国海宝HPR400XD型号精细等离子电源，带弧压自动调高系统，使用H35等离子气、N2保护气，切割方形、圆形等简单形状铝合金（5A06牌号）中厚板坯料，板材厚度12mm和80mm，未优化切割路径和速度。12mm和80mm厚度的铝合金板切割情况如图1所示，割缝宽度与板材厚度相关联，分别为1.5mm和6.8mm。12mm厚度板的切割质量非常好，分析80mm厚板的切割情况，加工参数设置为：切割电流400A，切割速度830mm/min。经过测量，断面垂直度在3°以内，直线度±0.2mm，断面粗糙度Ra25，切口下缘基本无熔渣。因此，采用数控等离子切割技术并设置合理的切割工艺参数，解决铝合金中厚板的下料问题是可行的。切割效率主要由切割速度决定。针对厚铝合金板，切割速度需要合适，速度过快，则不能割透板材；速度过慢，断面表面会粗糙不齐，切口下缘有很多熔渣。如图2所示，与图1相比，在切割电流等参数不变的情况下，切割速度设为600mm/min，在切口下缘有很严重的熔渣，增加了后续工作量。此外，需要对全程切割速度规划[3]，合理进行加、减速，否则，在轮廓拐角处很容易过烧，留下疤痕，影响下料质量。因此，切割速度需要根据板材厚度合理设置，并根据轮廓进行速度规划，在保证切割效果的情况下提高切割效率。材料利用率主要由加工余量决定，割缝宽度、断面垂直度和直线度、外轮廓拖尾现象和内轮廓圆弧过渡现象等都可能影响加工余量的设置，其中割缝宽度与板材厚度相关联，断面垂直度和直线度可通过合理设置切割工艺参数得到最优解决。给出的是等离子切割必然存在的两种现象，外轮廓拖尾现象是由于等离子切割弧的形状不规则，在切割过程中等离子弧不垂直于板材表面，上表面先于下表面被切割，直角被切割成圆角；内轮廓圆弧过渡现象是由于等离子弧整体呈圆柱体状，类似于机加工中的刀具，不可避免会产生圆角。很显然，内轮廓圆弧过渡现象不会影响加工余量设置，而外轮廓拖尾现象则会增加加工余量，降低材料利用率；可以通过使用共边、借边、桥接连割[4]等路径规划的方法解决该问题。此外，由于边缘切割比穿孔产生的热变形程度低很多，需规划从边缘开始切割及结束切割的路径。因此，需要合理规划切割路径，减少加工余量，提高材料利用率，节约后续机加工时间。
3结论
（1）采用数控等离子切割技术解决铝合金中厚板的下料问题是可行的，需要选择合理的工艺参数，使断面垂直度、直线度、粗糙度等达到最优状态。
（2）切割速度需要根据板材厚度合理设置，并根据轮廓进行速度规划，在保证切割效果的情况下进一步提高切割效率。
（3）需要合理规划切割路径，进一步减少加工余量设置，提高材料利用率，并节约后续机加工时间。
作者：李敏 单位：中国电子科技集团公司
