切割下料作為生產的頭道工序，其質量控制對於企業來說尤其重要，而火焰切割作為切割下料的主要形式，控制其生產質量自然也就會對整個切割下料工序產生重要正面影響。接下來我們針對影響火焰切割質量的因素進行探討，利用工藝手段對幾種常見的切割問題進行了處理與解決。
火焰切割作為目前我國各大中小企業主要的切割下料生產方式，在生產中依然佔據重要地位，當然也面臨各種問題。火焰切割至今已有了多年的發展，數控切割設備也已發展成熟，相應的一些工藝方法及實現途徑也有了一定的發展。
切割設備的影響因素
目前，市面上湧現出激光、等離子、水切割等多種多樣的切割方式及設備，切割質量及生產效率都要優於火焰切割。但由於火焰切割成本較為低廉，所以依然佔據著重要的地位，並且火焰切割機也還是主流設備。
在切割下料生產過程中，數控火焰切割機被越來越廣泛的運用，數控切割具有編程後不可干預的特點，這一特點使得工人無法對切割過程中的零件進行補償，以修復受到熱變形影響的尺寸，最終導致零件尺寸精度出現偏差。而數控切割機自身的一些因素也會對切割質量造成一定影響。
影響切割質量的因素如下：
（1）切割氣體選擇 對於火焰切割機來說，切割燃氣的選用對於切割質量來說也有著很大的影響作用。目前可供選擇的燃氣有乙炔、丙烯、丙烷以及MPS等。不同的燃氣燃燒特性不一樣，故針對的切割場景也不一樣，適當選擇燃氣，對於充分發揮氣割的優勢，實現高效益、低成本切割，具有一定意義。
乙炔火焰具有熱量集中、溫度高、預熱時間短、耗氧量低、切割效率高、構件變形小等特點，適合薄板、引入較短的零件切割；而丙烷火焰熱量分散、溫度低、預熱時間比乙炔長，切割邊上沿光滑平整，下沿掛渣少、易清除，其相對成本也低，故針對厚板大零件的切割比乙炔要經濟；丙烯火焰溫度較高，預熱時間相較於丙烷短，比乙炔略有增加，且由於外焰熱含量高，適合用於厚板大零件切割。
（2）氧氣濃度、速度、割嘴高度選擇 除選擇合適的燃氣外，切割氧氣壓力、切割速度、割嘴高度的設定也是影響火焰切割質量的重要因素。經研究表明，氧氣壓力相同的情況下，隨著氧氣濃度的提高，切割時間縮短，同時氧氣需求量降低；切割速度的選擇也尤為重要，若速度過高，產量雖然高，但容易發生質量缺陷，易“ 熄火”、切口粗糙，切割機速度過慢、產量低，產生氧化渣粘附，切口表面不齊等問題。經大量的實踐經驗，得出最佳切割速度應處於割嘴額定速度的中上與上中之間，如使用5號嘴頭切40mm的鋼板，額定速度區間為250~380mm/min，中等速度為315mm/min，把這個區間分為10級，採用第6級到第8級，為336.6~358mm/mi n之間，以340mm/min最佳。割嘴高度的選擇，對切割質量也有影響，過低焰心可能會接觸到零件表面，造成割縫熔塌、熔渣飛濺堵住割嘴甚至發生回火；過高則使得火焰不能充分加熱切口，從而導致切割能力下降、排渣困難。一般來說，讓火焰焰心與工作表面保持在3~5mm最好。
（3）切割順序與引線應用 合理的切割順序有利於鋼板得到均勻受熱，內應力相互抵消，進而減少零件的熱變形。因此切割零件輪廓時應遵守先內後外，先小後大，先圓後方，交叉跳躍，先繁後簡的原則，以避免零件出現移位、變形、尺寸偏差的現象。合理的引線位置與形式有利於零件切口完整，切割穩定，以保證輪廓質量。根據生產實際情況，外輪廓引入位置一般放置在輪廓底部右方，內輪廓引線形式宜採用圓弧形式。
工藝方法優化
火焰切割設備自身參數的設置調試完善後，也不能保證零件切割萬無一失。零件的形狀、板材的厚度、套料的位置、切割的方式等都有可能對零件切割質量造成影響。以下結合我廠的生產實例，為大家進行介紹。
通常火焰切割的板材可分為薄板（厚度<20mm）、中厚板、厚板。薄板在切割過程中穿孔簡單但容易產生熱變形，所以在實際的生產中不應從鋼板的邊緣位置起割，而應在鋼板內部進行穿孔切割。這一做法能夠保證鋼板外框的封閉性，在一定程度上減少零件熱變形及拱起。另外，適當使用“連割”工藝能夠有效減少零件穿孔數量，運用“留割”工藝能夠更有效地減少熱變形。
中厚板與厚板在切割過程中熱變形較小，但由於穿孔易發生翻渣現象導致割嘴損傷，所以宜採用零件割縫邊緣預熱起割方式減少穿孔。圖1為常規邊緣預熱引割方式。
圖1 常規邊緣預熱引割方式
（1）利用“I穿孔”工藝減少預熱穿孔 採用常規邊緣預熱引割方式能夠在一定程度上解決中厚板與厚板切割的穿孔問題，但該方式在排料時需要大量的人為調整，對套料人員素質要求較高，且對切割機精度要求較高。
圖2為優化後I穿孔邊緣預熱引割。I穿孔邊緣預熱引割的描述：I穿孔切割就是在切割零件外輪廓的基礎上自動尋找合適的位置切割出一個下圓孔，下一零件的引入在這個圓孔中預熱切入，實現減少穿孔的目的。
圖2 I穿孔邊緣預熱引割方式
（2）利用“ 連割” 工藝提高切割效率 為提高材料利用率，一般會將小零件套排在大零件內輪廓中，切割路徑通常是首先切割內輪廓中的零件，然後跳躍切割下一個內輪廓中的零件，最後再分別切割兩個內輪廓。這使得切割機多次抬槍、多次穿孔，切割效率低。
針對上述問題，可採用“連割”工藝對切割路徑優化，以減少穿孔、空程，圖3為“連割”工藝優化後切割順序。圖3中將內輪廓中的各個零件做連割處理，之後再與內輪廓引線做連割處理，這樣處理能夠只進行一次穿孔就將內輪廓中零件與內輪廓切出，大大提高了切割效率。
圖3 “連割”工藝優化後切割順序
（3）利用“留割”工藝減少零件熱變形 在零件內輪廓切割過程中，會存在內輪廓至外輪廓間的實際尺寸與理論尺寸不相符的問題。以圖4中厚度為50mm的零件為例：圖中標註的理論尺寸均為610mm，但切割後實際尺寸偏小3~5mm。這是因為內輪廓中零件切割使得熱量積聚，再進行內輪廓切割時，熱量增大。切割零件上方外輪廓時，受熱量影響進一步增大，且此時內輪廓中已無支點支撐，外輪廓受熱向內擠壓，零件發生變形。
圖4 零件套料圖
針對這種情況，可採用添加“留割”工藝的方法解決。如圖5所示，在內輪廓四周增加“留割”，使內輪廓的框架輪廓不與零件脫離，起到支撐作用。這種方式可以有效降低切割誤差，提高切割精度，但缺點是需要對內輪廓進行打磨。
圖5 “留割”工藝優化後切割路徑
（4）利用圓弧引入減少內圓孔起割過燒 傳統引入方式採用直線起割的方式切入零件輪廓，沿輪廓直邊引入，再沿直邊引出，這對於引入引出段為直線的輪廓來說，不會影響零件起割處切割質量。但在內圓孔的切割過程中，採用傳統引入方式因在引入輪廓時直接切入沒有平滑過渡，故經常會出現輪廓過燒情況，影響切割質量，如圖6所示。
圖6 內圓孔過燒
在研究過程中，XSuperNEST提供了一種圓弧引入的方式，有效避免了圓弧的過燒，使內圓孔光滑平整，提高零件內圓孔切割質量。圓弧引入切割方式如圖7所示，使用與內圓孔相切的弧線引入，形成平滑的過渡，引出時與引入起割點留出間隙並也是以圓弧平滑引出。我廠對該方式進行多項驗證，確認其真實有效並已在實際生產中使用，如圖8所示。
圖7 圓弧引入切割
圖8 運用圓弧引入切割零件
結語
下料切割作為生產的頭道工序，對企業生產至關重要，火焰切割作為主流的切割方式，切割質量直接影響生產質量和生產效率。因此，有效地控制火焰切割質量對生產質量的把控非常重要。
影響切割質量的因素多種多樣，從設備本身來說，使用的燃氣、切割速度、割嘴高度、切割順序等都是影響切割質量的因素。根據實際生產情況採用相適宜的參數才能提高切割質量，提高零件合格率。另外，根據零件厚度、輪廓形狀等自身特點，採用相應的切割工藝優化切割路徑能夠減少零件生產誤差，提高零件切割效率及質量，最終提高企業生產效率。
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