液压支架零部件的切割变形控制要点

张晓斌

（山西汾西宜兴煤业有限责任公司， 山西 孝义 032300）

引言

液压支架作为采煤工作面矿山压力控制主要结构，其零部件下料大多采用切割方式完成。但切割过程中，由于各方面因素的影响，容易产生变形，这对深加工及对焊等都有很大的影响，导致产品性能及质量可靠性均明显下降。因此，必须对切割变形控制引起足够的重视，明确变形控制要点和采取有效的控制措施。

1 热变形及其产生原因分析

借助火焰切割机切割零件时，若钢板的加热或冷却未能达到均匀，将产生内部应力导致零件产生弯曲或移位，引起切割热变形。目前常用切割机所用切割方式均为氧气+乙炔，这种切割机的热量分散和受热面都很大，更容易引起变形。

切割变形常见存在形式包括以下几种：

其一，收缩变形。切割时被加热区域仅为割缝周围，这部分产生热膨胀后会使局部尺寸增大，但工件的绝大部分还没有从母板中脱离，仍然受到其他部分的牵制和阻碍，形成应力，致使热膨胀受到很大的阻碍，伴随切割件逐渐从母板中脱离，为切割件提供发生回旋活动的条件，冷缩阻力降低，使尺寸缩短增加。就零件本身而言，在温度降低到正常状态时，尺寸缩短，并非伸长，此即为收缩变形[1]。

其二，尺寸超差变形。即不少于两个尺寸产生变化，导致外形改变。该形式一般不单独发生，通常以符合形式产生。

其三，波浪变形。对大面积厚度较小的板进行切割时，当内轮廓个数较多时，产生的波浪情况将比较严重，其原因为多个不均匀膨胀和收缩一同作用。

其四，扭曲变形。零件产生横纵向收缩，内部应力的分配未能达到均匀。对细长形厚度较大的零件进行切割时，通常要增大一些切割参数，这样会使零件间的割缝变大，若此时所用套排方法不正确，将很有可能导致零件产生扭曲变形[2]。

2 数据统计

以某下料车间为例，该车间复杂对全长所有板材零部件进行下料，在一次检验工作中，得出以下统计结果：总检验件数119，其中，一级品的件数为80，比率67.2%，二级品的件数为34，比率28.6%，三级品的件数为5，比率4.2%。在此基础上，对二级与三级品所产生的热变形形式作进一步统计，结果为：以收缩变形为最多，共18 件，比率为46.15%；其次分别为尺寸超差变形，共15 件，比率为38.46%、波浪变形，共3 件，比率为7.7%、弯曲变形，共2 件，比率为5.13%；以扭曲变形为最少，只有1 件，比率为2.56%。

3 变形控制要点及方法

3.1 程序方面

切割程序方面导致工件变形的原因包括：切割方向、顺序及穿孔点等的确定不合理，使用合理可行的编套，能起到减少热变形的作用[3]。

3.1.1 起割点选择

起割点最好处于零件角点及直线边，采用圆弧或者是直线的形式引入，直线长度或圆弧半径均以钢板厚度及零件间距为依据确定。在切割钢板上首个细长形零件时，要注意穿孔点对应的引入线不可割开钢板边，以钢板为基础直接进行穿孔，并使穿孔的厚度处于允许范围之内，以减少或避免首件切割变形[4]。

3.1.2 切割方向选择

切割方向至关重要，如果方向不对，则很容易导致变形，甚至出现废品。一般情况下，切割方向应从起始点处开始，无论顺时针或逆时针，最后一个切割边都要和母材之间完全脱离。若先和母材之间脱离，则周围边框无法承受热变形应力，导致切割零件产生移位，其变形形式以尺寸超差变形为主。

3.1.3 切割顺序确定

切割顺序是指由切割机对钢板进行切割时遵循的顺序。

1）在零件切割过程中，若不仅存在小零件，而且还有比小零件略大的内轮廓，则应县对内轮廓里套的小零件进行切割；

2）切割完内轮廓以后，再切割外轮廓；

3）先对面积相对较小的零件进行切割，在对面积较大的进行切割；

4）在确定具体排序的过程中，应遵循尽可能减少空程的原则。对于有内轮廓存在的零件，通常按照从左到右的以S 形次序实施切割，将最后的内轮廓切割完成后，对与之距离最小的外轮廓向板宽的方向进行切割，以此缩短空程所需时间，同时还能起到减小热变形的作用，在保证质量的同时加快工作效率[5]。

3.1.4 切割速度确定

切割速度主要和钢板厚度有关，一般为板厚越大，切割速度越慢，同时还要和切割口金属发生氧化的速度达到良好配合；对于厚度较小的钢板，切割速度不能太慢，且预热火焰功率不可太大，否则可能导致黏结，使完成切割的零件产生很多无法清理的铁渣；此外，对氧气压力的调节应达到适中，否则很有可能导致切口缝隙变大，为之后切割时产生的变形创造条件。不同钢板厚度条件下的工艺参数应按照以下规范要求确定：

1）当钢板厚度在8～12 mm 范围内时，应使用1号割嘴，切割速度需控制在400～350 mm/min，割缝补偿值取0.8 mm，丙烷的压力不低于0.03 MPa，切割氧压力需控制在0.6～0.7 MPa；

2）当钢板厚度在15～25 mm 范围内时，应使用2号割嘴，切割速度需控制在350～300 mm/min 范围内，割缝补偿值取1.0 mm，丙烷的压力不低于0.04 MPa，切割氧压力控制在0.6～0.7 MPa 范围内；

3）当钢板厚度在25～35 mm 范围内时，应使用3号割嘴，切割速度需控制在300～250 mm/min 范围内，割缝补偿值取1.5 mm，丙烷的压力不低于0.05 MPa，切割氧压力控制在0.6～0.7 MPa 范围内；

4）当钢板厚度在35～50 mm 范围内时，应使用4号割嘴，切割速度需控制在250～150 mm/min 范围内，割缝补偿值取2.0 mm，丙烷的压力不低于0.05 MPa，切割氧压力控制在0.7～0.8 MPa 范围内；

5）当钢板厚度在50～100 mm 范围内时，应使用5 号割嘴，切割速度需控制在150～80 mm/min 范围内，割缝补偿值取3.0 mm，丙烷的压力不低于0.06 MPa，切割氧压力控制在0.7～0.8 MPa 范围内[6]。

3.2 异形件切割边形控制

切割时无法避免遇到一些形状比较复杂或特殊的情况，对这些零部件如果依然按照以往的方法进行切割，则很有可能产生扭曲变形或导致切割尺寸超差。对此，可采用以下措施来控制热变形。

对细长形的零件进行切割时，可能沿长度方向产生缩短，特别是当存在内轮廓时。对此，在编套的过程中就应该预先增加尺寸，用于补偿切割完成后发生的缩短。以支架顶梁主筋为例，如图1 所示，沿主筋长度方向以切割机性能为依据通常增加5 mm收缩量，同时保证增加的均匀性，在1 号孔和2 号孔之间增加2 mm 的尺寸，在3 号孔和4 号孔之间增加2 mm 的尺寸，在5 号孔和6 号孔之间增加1 mm的尺寸。对于长度和宽度之比相对较大的零件，在编套的过程中还可采用断点法或桥法，即在零件切割长边增设若干暂时不予切割的点或段，利用这些点或段使切割时零件和钢板之间形成一个整体，将其它部分均切割好以后，对这几个点或段进行切割。实践表明，采用以上方法能明显减小零件沿长度方向产生的收缩变形。

图1 支架顶梁主筋

4 结语

对于切割热变形，需要在图纸编套前就确定有效的防止措施。以零件尺寸和形状为参考，通过分析确定所有可能产生的变形与误差，然后在编套中针对性地确定编套方案，并在切割过程中对各项参数予以适当调整。通过防止措施的应用，将变形量限制在允许范围以内，以此最大限度减少或避免废品产生。切割变形实际上是一个十分复杂的工作，需要长时间摸索来掌握规律，并在日常工作当中不断总结相关经验，只有这样才能确保切割下料得到有效的完善，避免切割变形发生，保证最终下料成果的质量。