第六章下料《冷作工工藝學(xué)（第五版）》

§6—1剪切第六章下料

§6—2沖裁

§6—3氣割

§6—4等離子切割

§6—5數(shù)控切割§6—1剪切第六章下料§6—1

剪切下料，是將零件或毛坯從原材料上分離下來的工序。冷作工常用的下料方法有剪切、沖裁、氣割、等離子弧切割等，對于薄板的下料有時也可采用手工剋切的方法。剪切是冷作工應(yīng)用的主要下料方法，它具有生產(chǎn)效率高、剪斷面比較光潔、能切割板材及各種型材等優(yōu)點。§6—1

剪切一、剪切加工墓礎(chǔ)知識剪切加工的方法很多，但其實質(zhì)都是通過上、下剪刃對材料施加剪切力，使材料發(fā)生剪切變形，最后斷裂分離。因此，為掌握剪切加工技術(shù)，就必須了解剪切加工中材料的變形和受力狀況、剪切加工對剪刃幾何形狀的要求及剪切力的計算等基礎(chǔ)知識。冷作工在生產(chǎn)中使用較多是斜口剪。這里僅對斜口剪的剪切過程、剪切受力、剪刃幾何參數(shù)等加以分析，并介紹剪切力的計算方法。γ—前角α—后角β—楔角s—剪刃間隙φ—剪刃斜角§6—1

剪切1.剪切過程及剪斷面狀況的分析剪切時，材料置于上、下剪刃之間，在剪切力的作用下，材料的變形和剪斷過程如右圖所示。在剪刃口開始與材料接觸時，材料處于彈性變形階段。當(dāng)上剪刃繼續(xù)下降時，剪刀對材料的壓力增大，使材料發(fā)生局部的塑性彎曲和拉伸變形（特別是當(dāng)剪刃間隙偏大時）。同時，剪刀的刃口也開始壓入材料，形成塌角區(qū)和光亮的塑剪區(qū)，這時在剪刃口附近金屬的應(yīng)力狀態(tài)和變形是極不均勻的。隨著剪刃壓入深度的增加，在刃口處形成很大的應(yīng)力和變形集中。當(dāng)此變形達到材料極限變形程度時，材料出現(xiàn)微裂紋。隨著剪裂現(xiàn)象的擴展，上、下刃口產(chǎn)生的剪裂縫重合，使材料最終分離?！?—1

剪切下圖為材料剪斷面，它具有明顯的區(qū)域性特征，可以明顯地分為塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四個部分。塌角1的形成原因是當(dāng)剪刃壓入材料時，刃口附近的材料被牽連拉伸變形的結(jié)果；光亮帶2由剪刃擠壓切入材料時形成，表面光滑平整；剪裂帶3則是在材料剪裂分離時形成，表面粗糙，略有斜度，不與板面垂直；而毛刺4是在出現(xiàn)微裂紋時產(chǎn)生的。1—塌角2—光亮帶3—剪裂帶4—毛刺§6—1

剪切剪斷面上的塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺四個部分在整個剪斷面上的分布比例，隨材料的性能、厚度、剪刃形狀、剪刃間隙和剪切時的壓料方式等剪切條件的不同而變化。剪刃口鋒利，剪刃容易擠壓切入材料，有利于增大光亮帶，而較大的剪刃前角，可增加刃口的鋒利程度?！?—1

剪切剪刃間隙較大時，材料中的拉應(yīng)力將增大，易于產(chǎn)生剪裂紋，塑性變形階段較早結(jié)束，因此光亮帶要小一些，而剪裂帶、塌角和毛刺都比較大。反之，剪刃間隙較小時，材料中拉應(yīng)力減小，裂紋的產(chǎn)生受到抑制，所以光亮帶變大，而塌角、剪裂帶等均減小。然而，間隙過大或過小均將導(dǎo)致上、下兩面的裂紋不能重合于一線。間隙過小時，剪斷面出現(xiàn)潛裂紋和較大毛刺；間隙過大時，剪裂帶、塌角、毛刺和斜度均增大，表面極粗糙。§6—1

剪切若將材料壓緊在下剪刃上，則可減小拉應(yīng)力，從而增大光亮帶。此外，材料的塑性好、厚度小，也可以使光亮帶變大。綜合以上分析可以得出，增大光亮帶，減小塌角、毛刺，進而提高剪斷面質(zhì)量的主要措施如下：增加剪刃口鋒利程度，剪刃間隙取合理間隙的最小值，并將材料壓緊在下剪刃上等。§6—1

剪切2.斜口剪剪切受力分析根據(jù)斜口剪剪刃的幾何形狀和相對位置，斜口剪剪切受力分析如下圖所示?！?—1

剪切由于剪刃具有斜角φ和前角γ，使得上、下剪刃傳遞的外力F不是豎直地作用于材料，而是與斜刃及前刀面成垂直方向作用。這樣，在剪切中作用于材料上的剪切力F可分解為純剪切力F1、水平推力F2及離口力F3。圖a所示為剪切力的正交分解情況，圖b、c為剪切力正交分解后的兩面投影。§6—1

剪切在剪切過程中，由于φ角的存在，材料是被逐漸分離的。若φ角增大，材料的瞬時剪切長度變短，可減小所需的剪切力。但從受力圖上又可看出，φ角增大，純剪切力F1則減小，而水平推力F2增大，當(dāng)φ角增大到一定數(shù)值時，將因水平推力F2過大而使材料從刃口中推出，從而無法進行剪切。因此，φ角的大小，應(yīng)以剪切時材料不被推出為限。其受力條件為：F2

≤2fF1

φ≤16°42'式中f——材料的靜摩擦因數(shù)，一般鋼與鋼的靜摩擦因數(shù)取f=0.15。由上式可以求出φ角的極限值：F2＝F1tanφF1tanφ≤2fF1tanφ≤2f=0.30§6—1

剪切同時，由于離口力F3的存在，剪切材料待剪部分將有向剪斷面一側(cè)滑動的趨勢。盡管γ角增大有利于使剪刃口鋒利，但過大的γ角將導(dǎo)致離口力F3過大而影響定位剪切，這是必須限制γ角的一個重要原因。此外，由于水平推力F2和離口力F3的雙向力的作用，在剪切過程中，被剪下的材料將發(fā)生彎扭復(fù)合變形，在寬板上剪窄條時尤其明顯。故從限制變形的角度看，φ角和γ角亦不宜過大。

由于存在剪刃間隙，且剪切中隨著剪刃與被剪材料接觸面的增大，而引起F1、F1′力作用線的外移，將對材料產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩。為不使材料在剪切過程中翻轉(zhuǎn)，提高剪切質(zhì)量，就需要給材料施以附加壓料力F4?！?—1

剪切3.斜口剪剪刃的幾何參數(shù)根據(jù)以上對剪切過程、剪斷面狀態(tài)和剪切受力情況的分析，并考慮實際情況與理想狀態(tài)的差距，確定斜口剪剪刃幾何參數(shù)如下。（1）剪刃斜角φ。剪刃斜角φ一般在2°~14°之間。對于橫入式斜口剪床，φ角一般為7°~12°；對子龍門式斜口剪床，φ角一般為2°~6°。（2）前角γ。前角γ是剪刃的一個重要幾何參數(shù)，其大小不僅影響剪切力和剪切質(zhì)量，而且直接影響剪刃強度。前角γ一般可在0°~20°之間，依據(jù)被剪材料性質(zhì)不同而選取。冷作工剪切鋼材時，斜口剪剪刃前角γ通常為5°~7°?！?—1

剪切（3）后角α。后角α的作用主要是減小材料與剪刃的摩擦，通常取α＝1.5°~3°。γ角與α角確定后，楔角β也就隨之而定。（4）剪刃間隙s。剪刃間隙s是為避免上下剪刃碰撞，減小剪切力和改善剪斷面質(zhì)量的一個幾何參數(shù)。合理的間隙值是一個尺寸范圍，其上限值稱為最大間隙，下限值稱為最小間隙。剪刃合理間隙的確定主要取決于被剪材料的性質(zhì)和厚度，見下表。各種剪切設(shè)備均附有很具體的間隙調(diào)整數(shù)據(jù)銘牌，可作為調(diào)整剪刃間隙的依據(jù)。材料間隙（以板厚的%表示）材料間隙（以板厚的%表示）純鐵6～9不銹鋼7～11軟鋼（低碳鋼）6～9銅（硬態(tài)、軟態(tài)）6～10硬鋼（中碳鋼）8～12鋁（硬態(tài)）6～10硅鋼7～11鋁（軟態(tài)）5～8§6—1

剪切4.剪切力計算在一般情況下不需要計算剪切力，因為在剪床的性能銘牌上已標(biāo)示出允許的最大剪切厚度。但剪床上銘牌所標(biāo)示的最大剪切厚度通常是以20~30鋼的抗拉強度為依據(jù)計算的，如果待剪切材料的強度高于（在一定范圍內(nèi)）或低于20~30鋼時，則需要重新計算剪切力，以便于確定可剪切板厚的極限值，避免損壞機床?！?—1

剪切（1）平口剪床剪切力的計算。平口剪床的剪切力可按下式計算：F=KSτ=Kbtτ式中F——剪切力，N；

S——剪斷面面積，mm2；

b——板料的寬度，mm；

t——板厚，mm；

τ——板料抗剪強度，Mpa；

K——折算系數(shù)。折算系數(shù)K主要是考慮實際剪切中剪刃的磨損和間隙、材料的厚度及力學(xué)性能的波動等因素對剪切力的影響。通常取K=1.2~1.3。§6—1

剪切（2）斜口剪床剪切力的計算F=式中φ——剪刃斜角，（°）；

t——板厚，mm；

τ——板料抗剪強度，Mpa；

K——折算系數(shù)，取值范圍同上。斜口剪床的剪切力可按下式計算：§6—1

剪切例6—1某斜口剪床，其剪刃斜角φ為5°，最大剪板（Q235A鋼）厚度為20mm。試問該剪床能否剪切抗剪強度τ=240Mpa、厚度為22mm的銅板。解：該剪床剪切力F0是按Q235A鋼計算得出的，因此查手冊取Q235A鋼的抗剪強度τ=340Mpa，取K=1.2。該剪床最大剪切力為：F0===932692N又設(shè)剪切該銅板所需剪切力為F，則：F===796629N可知：F≤F0。結(jié)論：因為剪切該銅板所需的剪切力小于該剪床的最大剪切力，故能夠剪切?！?—1

剪切二、剪切設(shè)備剪切機械的種類很多，按結(jié)構(gòu)形式不同，分為龍門式斜口剪床、橫入式斜口剪床、圓盤剪床、振動剪床和聯(lián)合剪沖機床等；按傳動形式不同，分為機械傳動剪板機和液壓傳動剪板機。其中，龍門式斜口剪床是鋼板下料最常用的專用機械。（1）龍門式斜口剪床龍門式斜口剪床主要用于剪切直線切口。它操作簡單，進料方便，剪切速度快，剪切材料變形小，剪斷面精度高，所以在板料剪切中應(yīng)用最為廣泛。1．常用的剪切機械§6—1

剪切（2）橫入式斜口剪床。橫入式斜口剪床主要用于剪切直線。剪切時，被剪材料可以由剪口橫入，并能沿剪切方向移動，剪切可分段進行，剪切長度不受限制。與龍門式斜口剪床比較，它的剪刃斜角φ較大，故剪切變形大，而且操作較麻煩。一般情況下，用它剪切薄而寬的板料較好?！?—1

剪切（3）圓盤剪床。圓盤剪床的剪切部分由上、下兩個滾刀組成。剪切時，上、下滾刀作同速反向轉(zhuǎn)動，材料在兩滾刀間邊剪切、邊輸送。冷作工常用的是滾刀斜置式圓盤剪床（圖3—3b）。圓盤剪床由于上、下剪刃重疊甚少，瞬時剪切長度極短，且板料轉(zhuǎn)動基本不受限制，適用于剪切曲線，并能連續(xù)剪切。但被剪材料彎曲較大，邊緣有毛刺，一般圓盤剪床只能剪切較薄的板料?！?—1

剪切（4）振動剪床。振動剪床的上、下刃板都是傾斜的，交角較大，剪切部分極短。工作時上刃板每分鐘的往復(fù)運動可達數(shù)千次，呈振動狀。振動剪床可在板料上剪切各種曲線和內(nèi)孔。但其刃口容易磨損，剪斷面有毛刺，生產(chǎn)效率低，而且只能剪切較薄的板料。1一床身2一下剪刃3一上剪刃4一升降柄§6—1

剪切（5）聯(lián)合剪沖機床。聯(lián)合剪沖機床通常由斜口剪、型鋼剪和小沖頭組成，可以剪切鋼板和各種型鋼，并能進行小零件沖壓和沖孔?！?—1

剪切（6）液壓傳動剪板機。液壓傳動剪板機利用小型電動機帶動油泵，通過液壓閥等液壓元件控制液壓缸中的活塞完成往復(fù)直線運動，進而帶動上刀片運動，從而將板料切斷。液壓傳動剪板機分為擺式與閘式兩種，右圖為液壓閘式剪板機?！?—1

剪切（7）數(shù)控剪板機。數(shù)控剪板機一般采用通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C實現(xiàn)數(shù)字程序控制，它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量及與機械量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控剪板機刃口間隙調(diào)整有指示牌指示，調(diào)整方便、迅速。設(shè)有燈光對線裝置，并能無級調(diào)節(jié)上刀架的行程量，后擋料尺寸及剪切次數(shù)由數(shù)字顯示裝置來顯示?！?—1

剪切2．剪切機械的簡單分析作為剪切機械的操作者，應(yīng)該具有對所用的剪切機械進行簡單分析的能力，這有助于掌握、改進剪切工藝方法，正確維護、保養(yǎng)和使用剪切機械。（1）剪切機械的類型和技術(shù)性能?？筛鶕?jù)其結(jié)構(gòu)形式初步判斷剪切機械屬于何種類型，了解其型號所表示的含義?！?—1

剪切剪床的型號表示剪床的類型、特性及基本工作參數(shù)等。例如Q11—13×2500型龍門式斜口剪板機，其型號所表示的含義為：§6—1

剪切（2）剪切機械的傳動關(guān)系。分析剪切機械的傳動關(guān)系，通常要利用其傳動系統(tǒng)圖。首先要在圖中找出原動件和工作件的位置，然后按照原動件、傳動件、工作件的順序，順次找出各部件間的聯(lián)系，從而弄清楚整個系統(tǒng)的傳動關(guān)系。右圖所示為Q11—20×2000型龍門式斜口剪床的傳動系統(tǒng)圖。在這個系統(tǒng)中，電動機是原動件，曲軸連帶滑塊是工作件，其他均為傳動件。1一齒輪2一制動器3一離合器4一帶輪5一電動機6一導(dǎo)軌7一上剪刃8一滑塊9一曲軸§6—1

剪切工作時，首先是電動機帶動帶輪空轉(zhuǎn)，這時由于離合器處于松開位置，制動器處于閉鎖位置，故其余部分均不運動。踩下腳踏開關(guān)后，在操縱機構(gòu)（圖中未畫出）的作用下，離合器閉合，同時制動器松開，帶輪通過傳動軸上的齒輪帶動曲軸旋轉(zhuǎn)，曲軸又帶動裝有上剪刃的滑塊沿導(dǎo)軌上下運動，與裝在工作臺上的下剪刃配合進行剪切。完成一次剪切后，操縱機構(gòu)又使離合器松開，同時使制動器鎖閉，從而使曲軸停轉(zhuǎn)。在傳動系統(tǒng)中，離合器和制動器要經(jīng)常檢查及調(diào)整，否則，易造成剪切故障。例如引起上剪刃自發(fā)地連續(xù)動作或曲軸停轉(zhuǎn)后上剪刃不能回原位等，甚至?xí)斐扇松砗驮O(shè)備事故。§6—1

剪切（3）剪切機械的操縱原理。剪切機械的操縱機構(gòu)主要控制離合器和制動器的動作。分析剪床的操縱原理，就是要分析踩下腳踏開關(guān)后操縱機構(gòu)如何使離合器及制動器動作，從而完成一個工作循環(huán)。右圖為龍門式斜口剪床的操縱機構(gòu)。已知離合器與離合杠桿相連，當(dāng)桿桿逆時針轉(zhuǎn)動時，離合器閉合，反之則打開；制動器與連桿相連，連桿向下運動時制動器松開，反之則閉鎖?！?—1

剪切剪切時，踩下腳踏開關(guān)后，電磁鐵將起落架和啟動軸分離，重力錘6通過連桿7使主控制軸作逆時針方向旋轉(zhuǎn)。主控制軸的旋轉(zhuǎn)帶動連桿4向下運動，離合杠桿5繞支點逆時針轉(zhuǎn)動，從而迫使制動器松開，離合器閉合，剪床主軸開始旋轉(zhuǎn)。這時抬起腳踏開關(guān)，則電磁鐵因斷電而不再起作用。隨著剪床主軸的旋轉(zhuǎn)，剪床主軸上的凸輪使回復(fù)杠桿運動，并帶動起落架下落，重新與啟動軸咬合?！?—1

剪切當(dāng)剪床主軸旋轉(zhuǎn)過180°后，回復(fù)杠桿開始帶動起落架及啟動軸上升回復(fù)原位。而啟動軸的上升又帶動主控制軸順時針方向旋轉(zhuǎn)，并使連桿4向上運動，離合杠桿5順時針旋動，從而迫使離合器松開，制動器閉鎖，剪床主軸停止轉(zhuǎn)動，完成一個剪切工作循環(huán)?！?—1

剪切（4）剪切機械的工藝裝備。為滿足剪切工藝的需要，剪切機械通常設(shè)置一些簡單的工藝裝備。1一前擋板2一床面3—壓料板4一柵板5—剪床滑塊6一上刀片7一板料8一后擋板9一螺桿10一床身11一下刀片壓料板可防止剪切時板料的翻轉(zhuǎn)和移動，以保證剪切質(zhì)量。壓料板由工作曲軸帶動，在上剪刃與板料接觸前壓住板料，完成自動壓料，也可利用手動偏心輪等達到壓緊的目的，而成為手動壓料式。柵板是安全裝置，用來防止手或其他物品進入剪口而發(fā)生事故。前擋板和后擋板在剪切時起定位作用。在剪切數(shù)量較多、尺寸相同的零件時，利用擋板定位剪切，可提高生產(chǎn)效率并能保證產(chǎn)品質(zhì)量。在床面上，也可以安裝定位擋板。§6—1

剪切三、剪切加工對鋼材質(zhì)量的影響剪切是一種高效率切割金屬的方法，切口也較光潔、平整，但也有一定的缺點，鋼材經(jīng)過剪切加工，將引起力學(xué)性能和外部形狀的某些變化，對鋼材的使用性能造成一定的影響。主要表現(xiàn)在以下兩個方面。1．窄而長的條形材料，經(jīng)剪切后將產(chǎn)生明顯的彎曲和扭曲復(fù)合變形，剪后必須進行矯正。此外，如果剪刃間隙不合適，會使剪斷面粗糙并帶有毛刺?！?—1

剪切2．在剪切過程中，由于切口附近金屬受剪力的作用而發(fā)生擠壓、彎曲復(fù)合變形，由此而引起金屬的硬度、屈服強度提高，塑性下降，使材料變脆，這種現(xiàn)象稱為冷作硬化。硬化區(qū)域的寬度與下列因素有關(guān)。（1）鋼材的力學(xué)性能。鋼材的塑性越好，則變形區(qū)域越大，硬化區(qū)域的寬度也越大；反之，材料的硬度越高，則硬化區(qū)域?qū)挾仍叫?。?）鋼板的厚度。鋼板厚度越大則變形越大，硬化區(qū)域?qū)挾纫苍酱?；反之，則越小。（3）剪刃間隙s。間隙越大，則材料受彎情況越嚴(yán)重，故硬化區(qū)域?qū)挾仍酱??！?—1

剪切（4）上剪刃斜角φ。剪刃斜角φ越大，當(dāng)剪切同樣厚度的鋼板時，如果剪切力越小，則硬化區(qū)域?qū)挾纫苍叫?。?）剪刀刃的鋒利程度。剪刀刃越鈍，則剪切力越大，硬化區(qū)域?qū)挾纫苍龃蟆＃?）壓緊裝置的位置與壓緊力。當(dāng)壓緊裝置越靠近刀刃，且壓緊力越大時，材料就越不易變形，硬化區(qū)域?qū)挾纫簿蜏p少。§6—1

剪切綜上所述，由于剪切加工而引起鋼材冷作硬化的寬度與多種因素有關(guān)，是一個綜合的結(jié)果。當(dāng)被剪鋼板厚度小于25mm時，其硬化區(qū)域?qū)挾纫话阍?.5～2.5mm范圍內(nèi)。對于板邊的冷加工硬化現(xiàn)象，在制造重要結(jié)構(gòu)或剪切后尚需冷沖壓加工時，須經(jīng)銑削、刨削或熱處理，以消除硬化現(xiàn)象?！?—2沖裁第六章下料§6—2沖裁利用沖模在壓力機上把板料的一部分與另一部分分離的加工方法稱為沖裁。沖裁也是鋼材切割的一種方法，對成批生產(chǎn)的零件或定型產(chǎn)品，應(yīng)用沖裁下料，可提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。沖裁時，材料置于凸模、凹模之間，在外力作用下，凸模、凹模產(chǎn)生一對剪切力（剪切線通常是封閉的），材料在剪切力作用下被分離。沖裁的基本原理與剪切相同，只不過是將剪切時的直線刀刃改變成封閉的圓形或其他形式的刀刃而已。沖載過程中材料的變形情況及斷面狀態(tài)與剪切時大致相同。1一凸模

2—板料3一凹模

4—沖床工作臺§6—2沖裁從凸模接觸板料到板料相互分離的過程是在瞬間完成的。當(dāng)凸模、凹模間隙正常時，沖裁變形過程大致可分為以下三個階段。第一階段為彈性變形階段（圖a）。第二階段為塑性變形階段（圖b）。第三階段為斷裂分離階段（圖c、d）。沖裁變形過程的三個階段中，各階段所需的外力和時間不盡相同。一般來講，沖裁時間往往取決于材料性質(zhì)，材料較脆時，持續(xù)時間較短。§6—2沖裁一、沖床1．沖床的分類沖床§6—2沖裁2．沖床的結(jié)構(gòu)沖裁一般在沖床上進行。曲軸沖床的外形如圖a所示，工作原理如圖b所示。沖床的床身與工作臺是一體的，床身上有與工作臺面垂直的導(dǎo)軌，滑塊可沿導(dǎo)軌作上下運動，上、下沖裁模分別安裝在滑塊和工作臺面上。a）外形b）工作原理圖1一制動器

2一曲軸

3一離合器

4一大帶輪

5一電動機6—拉桿7一腳踏板8一工作臺9—滑塊10—導(dǎo)軌11一連桿§6—2沖裁沖床工作時，先是電動機5通過傳動帶帶動大帶輪4空轉(zhuǎn)。踩下腳踏板7后，離合器3閉合，并帶動曲軸2旋轉(zhuǎn)，再經(jīng)過連桿11帶動滑塊9沿導(dǎo)軌10作上下往復(fù)運動，進行沖裁。如果將腳踏板踩下后立即抬起，滑塊沖裁一次后，便在制動器1的作用下停止在最高位置上；如果一直踩住踏板，滑塊就不停地作上下往復(fù)運動，以進行連續(xù)沖裁?！?—2沖裁3．沖床的技術(shù)性能參數(shù)（1）沖床的噸位與額定功率。沖床噸位與額定功率是兩項標(biāo)志沖床工作能力的指標(biāo)，實際沖裁零件所需的沖裁力與沖裁功，必須小于沖床的這兩項指標(biāo)。薄板沖裁時，所需沖裁功較小，一般可不考慮。（2）沖床的閉合高度。即滑塊在最低位置時，下表面至工作臺面的距離。當(dāng)調(diào)節(jié)裝置將滑塊調(diào)整到上極限位置時，閉合高度達到最大值，此值稱為最大閉合高度。沖床的閉合高度應(yīng)與模具的閉合高度相適應(yīng)?！?—2沖裁（3）滑塊的行程。即滑塊從最高位置至最低位置所滑行的距離，也稱為沖程?；瑝K行程的大小決定了所用沖床的閉合高度和開啟高度，它應(yīng)能保證沖床沖裁時順利地進、退料。（4）沖床臺面尺寸。沖裁時模具尺寸應(yīng)與沖床工作臺面尺寸相適應(yīng)，保證模具能牢固地安裝在臺面上。§6—2沖裁4．新型沖床（1）數(shù)控沖床。隨著對大尺寸鈑金件沖壓生產(chǎn)需求的增加，以及沖壓件的結(jié)構(gòu)靈活多變、質(zhì)量好和快速生產(chǎn)等方面的要求，傳統(tǒng)沖壓生產(chǎn)已不能適應(yīng)靈活多變、高效生產(chǎn)的需要，因而出現(xiàn)了數(shù)控沖床，它能很好地滿足上述生產(chǎn)要求。該類機床有許多種形式，按機身結(jié)構(gòu)可分為開式（C型）和閉式（O型）；按主傳動驅(qū)動方式可分為機械式、液壓式和電伺服式；按移動工作臺布置方式不同有內(nèi)置式、外置式和側(cè)置式。ET—300機械式數(shù)控沖床HIQ—3048液壓式數(shù)控沖床MT—200電伺服數(shù)控沖床§6—2沖裁（2）精密沖裁沖床。精密沖裁可以直接獲得剪切面表面粗糙度值達到Ra3.2~0.8μm和尺寸公差達到IT8級的零件，大大提高了生產(chǎn)效率。精密沖裁依靠V形齒圈壓板2，頂桿4和沖裁凸模1、凹模5對板料施加作用力，使被沖板料3的剪切區(qū)材料處于三向壓力狀態(tài)下進行沖裁。精密沖裁模具的沖裁間隙比普通沖裁模具的沖裁間隙小，剪切速度低且穩(wěn)定。因此，提高了金屬材料的塑性，保證沖裁過程中沿剪斷面無撕裂現(xiàn)象，從而提高了剪切表面的質(zhì)量和尺寸精度。1—凸模

2—V形齒圈壓板

3—被沖材料

4—頂桿

5—凹模

6—下模座Fc—沖裁力Fy—壓料力FD—反頂壓力（頂件力）Fy′—齒圈產(chǎn)生的壓料分力§6—2沖裁精密沖裁沖床按主傳動的形式分為機械式和液壓式兩類。右圖所示為瑞士生產(chǎn)的BRUDERERBSTA200自動高速沖床。§6—2沖裁二、沖裁力1．沖裁力的計算沖裁力是選擇沖壓設(shè)備能力和確定沖裁模強度的一個重要依據(jù)。沖裁力是沖裁時凸模沖穿板料所需的壓力。在沖裁過程中，沖裁力是隨凸模進入板料的深度（凸模行程）而變化的。右圖所示為沖裁Q235鋼時的沖裁力變化曲線，圖中OA段是沖裁的彈性變形階段，AB段是塑性變形階段；B點為沖裁力的最大值，在此點材料開始被剪裂；BC段為斷裂分離階段；CD段是凸?？朔c材料間的摩擦和將材料從凹模內(nèi)推出所需的壓力。通常，沖裁力是指沖裁過程中的最大值（圖中B點壓力Fmax）?！?—2沖裁影響沖裁力的主要因素是材料的力學(xué)性能、厚度、沖裁件周邊長度及沖裁間隙、刃口鋒利程度與表面粗糙度等。綜合考慮上述影響因素，平刃沖裁模的沖裁力可按下式計算。式中F——沖裁力，N；L——沖裁件的周邊長度，mm；t——材料厚度，mm；τ——材料抗剪強度，Mpa；K——系數(shù)。F=KLtτ§6—2沖裁系數(shù)K是考慮實際生產(chǎn)中的各種因素而給出的一個修正系數(shù)。例如由于沖模刃口的磨損、模具間隙的不均勻、材料力學(xué)性能和厚度的波動等，可能使實際所需的沖裁力比理論上計算的結(jié)果大。一般取K=1.3。為了簡便，有時也可按下式估算沖裁力。F=Ltσb式中L——沖裁件周邊長度，mm；

t——材料厚度，mm；

σb——材料的抗拉強度，MPa。§6—2沖裁例6—2在抗剪強度為450MPa、厚度為2mm的鋼板上沖一φ40mm的孔，試計算需多大沖裁力。

解：沖裁件周邊長度L=πD=3.14×40=125.6

mm

由公式得：F

=KLtτ

=1.3×125.6×2×450

=146952

N

≈147kN

計算結(jié)果：沖裁力約為147kN?！?—2沖裁2．降低沖裁力的方法在沖裁高強度材料或厚料、大尺寸沖裁件時，需要的沖裁力很大。當(dāng)生產(chǎn)現(xiàn)場沒有足夠噸位的沖床時，為了不影響生產(chǎn)，可采取一些有效措施來降低沖裁力，以充分利用現(xiàn)有設(shè)備。同時，降低沖裁力還可以減小沖擊、振動和噪聲，對改善沖壓環(huán)境也有積極意義。§6—2沖裁目前，降低沖裁力的方法主要有以下幾種。（1）采用斜刃口沖模。采用斜刃口沖模沖裁，就是將沖模的凸模或凹模制成與軸線傾斜一定角度的斜刃口，這樣沖裁時整個刃口不是全部同時切入，而是逐步將材料切斷，因而能顯著降低沖裁力。因采用斜刃口沖裁時會使板料產(chǎn)生彎曲，因此斜刃口配置的原則是必須保證沖裁件平整，只允許廢料產(chǎn)生彎曲變形。為此，落料（周邊為廢料）時凸模應(yīng)為平刃口，將凹模做成斜刃口；沖孔（孔中間為廢料）時則凹模應(yīng)為平刃口，而將凸模做成斜刃口。斜刃口還應(yīng)對稱布置，以免沖裁時模具承受單向側(cè)壓力而發(fā)生偏移，啃傷刃口。向一邊傾斜的單邊斜刃口沖模，只能用于切口或切斷?！?—2沖裁斜刃口的主要參數(shù)是斜刃角φ和斜刃高度H。斜刃角φ和斜刃高度H不宜過大或過小。

一般情況下，斜刃角φ和斜刃高度H可參考下列數(shù)值選?。毫虾駎＜3mm時H=2t，φ＜5°料厚t＝3～10mm時

H=t，φ＜8°斜刃口沖模的主要缺點是刃口制造與刃磨比較復(fù)雜，刃口容易磨損，沖裁件也不夠平整，且省力不省功，因此一般情況下盡量不用，只用于大型、厚板沖件（如汽車覆蓋件等）的沖裁?！?—2沖裁（2）采用階梯沖模。在多凸模的沖模中，將凸模設(shè)計成不同長度，使工作端面呈階梯形布置，這樣各凸模沖裁力的最大值不同時出現(xiàn)，從而達到降低沖裁力的目的。階梯沖模不僅能降低沖裁力，在直徑相差懸殊、彼此距離又較小的多孔沖裁中，還可以避免小直徑凸模因受材料流動擠壓的作用而產(chǎn)生傾斜或折斷現(xiàn)象。這時，一般將小直徑凸模做短一些。此外，各層凸模的布置要盡量對稱，使模具受力平衡。階梯沖模凸模間的高度差H與板料厚度有關(guān)，可按如下關(guān)系確定。料厚t＜3mm時H=t料厚t＞3mm時H=0.5t階梯沖模的沖裁力一般只按產(chǎn)生最大沖裁力的那一層階梯進行計算?！?—2沖裁（3）采用加熱沖裁。金屬材料在加熱狀態(tài)下的抗剪強度會顯著降低，因此采用加熱沖裁能降低沖裁力。采用加熱沖裁時，條料不能過長，搭邊應(yīng)適當(dāng)放大，同時模具間隙應(yīng)適當(dāng)減小，凸模、凹模應(yīng)選用耐熱材料，計算刃口尺寸時要考慮沖裁件的冷卻收縮，模具受熱部分不能設(shè)置橡皮等。由于加熱沖裁工藝復(fù)雜，沖裁件精度也不高，所以只用于厚板或表面質(zhì)量與精度要求都不高的沖裁件。上述三種降低沖裁力的措施均有缺點，如斜刃口沖模和階梯沖模制造困難，加熱沖裁使零件質(zhì)量降低且工作條件變差等?！?—2沖裁三、沖裁模具1．沖裁模具的結(jié)構(gòu)沖裁模具的結(jié)構(gòu)形式很多，但無論何種形式，其結(jié)構(gòu)組成都要考慮以下五個方面。（1）凸模和凹模。這是直接對材料產(chǎn)生剪切作用的零件，是沖裁模具的核心部分。（2）定位裝置。其作用是保證沖裁件在模具中的準(zhǔn)確位置。（3）卸料裝置（包括出料零件）。其作用是使板料或沖裁下的零件與模具脫離。（4）導(dǎo)向裝置。其作用是保證模具的上、下兩部分具有正確的相對位置。（5）裝夾、固定裝置。其作用是保證模具與機床、模具各零件間的連接穩(wěn)固、可靠?！?—2沖裁右圖所示為一簡單沖裁模，其結(jié)構(gòu)即由上述的五部分組成。凸、凹模：凸模固定在上模板上，凹模固定在下模板上。定位裝置：由圖中導(dǎo)料板和定位銷組成，固定在下模板上，控制條料的送進方向和送進量。導(dǎo)向裝置：由導(dǎo)套和導(dǎo)柱組成。工作時，裝在上模板上的導(dǎo)套在導(dǎo)柱上滑動，使凸模與凹模得以正確配合。卸料裝置：當(dāng)沖裁結(jié)束凸模向上運動時，連帶在凸模上的條料被卸料板擋住落下。此外，凹模上向下擴張的錐孔，有助于沖裁下的材料從模具中脫出。裝夾、固定裝置：圖中的上模板、下模板、模柄、壓板及圖中未畫出的螺栓、螺釘?shù)榷紝儆谘b夾、固定零件。靠這些零件將模具各部分組合裝配在一起，并固定在沖床上。1一模柄2一上模板3一導(dǎo)套4—導(dǎo)柱5、7一壓板

6一下模板8一凹模

9—定位銷

10—凸模

11一導(dǎo)料板12—卸料板§6—2沖裁2.沖裁模間隙沖裁模的凸模尺寸總要比凹模小，其間存在一定的間隙。沖裁模間隙是指沖裁模中凸、凹模之間的空隙。凸模與凹模間每側(cè)的間隙稱為單面間隙，用Z/2表示；兩側(cè)間隙之和稱為雙面間隙，用Z表示。如無特殊說明，沖裁模間隙都是指雙面間隙。沖裁模間隙的數(shù)值等于凸模、凹模刃口尺寸的差值。設(shè)凸模刃口部分尺寸為d，凹模刃口部分尺寸為D，則沖裁模間隙Z可用下式表示。Z＝D一d§6—2沖裁沖裁模間隙是一個重要的工藝參數(shù)。合理的間隙除能保證工件良好的斷面質(zhì)量和較高的尺寸精度外，還能降低沖裁力，延長模具的使用壽命。合理的間隙值是一個尺寸范圍，其上限稱為最大合理間隙Zmax，下限稱為最小合理間隙Zmin?！?—2沖裁凸模與凹模在工作過程中必然會有磨損，使凸模、凹模的間隙逐漸增大。因此，在制造新模具時，應(yīng)采用合理間隙的最小值。但對于尺寸精度要求不很高的沖裁零件，為了減小模具的磨損，可采用大一些的間隙。合理間隙的大小與很多因素有關(guān)，其中最主要的是材料的力學(xué)性能和板厚?！?—2沖裁鋼板沖裁時的合理間隙值，可從下表查得。材料厚度08、10、35、Q235Q34540、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5極限間隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.03.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1260.1320.2200.2460.2600.3600.4000.4600.5400.6400.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.6400.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.2000.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2300.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126§6—2沖裁3.凸模與凹模刃口尺寸的確定沖裁件的尺寸、尺寸精度和沖裁模間隙，都決定于凸模和凹模刃口的尺寸和公差。因此，正確地確定凸模、凹模刃口尺寸及其公差是沖裁模設(shè)計中的一項重要工作。沖裁分為落料和沖孔。從板料上沿封閉輪廓沖下所需形狀的沖件或工序件的沖裁稱為落料；從工序件上沖出所需形狀的孔（沖去部分為廢料）的沖裁稱為沖孔。在沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光面的尺寸為基準(zhǔn)。落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的。所以，在計算凸模、凹模刃口尺寸時，應(yīng)按落料和沖孔兩種情況分別考慮?！?—2沖裁（1）落料時，因落料件的光面尺寸與凹模刃口尺寸相等或基本一致，所以應(yīng)先確定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸為基準(zhǔn)。又因落料件尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，為保證凹模磨損到一定程度仍能沖出合格零性，故凹模刃口基本尺寸應(yīng)取落料件尺寸公差范圍內(nèi)的最小極限尺寸。落料時，凸模刃口的基本尺寸則是在凹模刃口基本尺寸上減去一個最小合理間隙。§6—2沖裁（2）沖孔時，因孔的光面尺寸與凸模刃口尺寸相等或基本一致，所以應(yīng)先確定凸模刃口尺寸，即以凸模刃口尺寸為基準(zhǔn)。又因沖孔件的尺寸會隨凸模刃口的磨損而減小，故凸模刃口基本尺寸應(yīng)取沖孔件尺寸公差范圍內(nèi)的最大極限尺寸。沖孔時，凹模刃口的基本尺寸則是在凸模刃口基本尺寸上加上一個最小合理間隙?！?—2沖裁落料：D凹

=（Dmax－X△）D凸

=（D凹－Zmin）

=（Dmax－X△－Zmin）

沖孔：d凸

=（dmin＋X△）d凹

=（d凸＋Zmin）=（dmin＋X△＋Zmin）§6—2沖裁根據(jù)上述計算公式，可以將沖裁件與凸模、凹模刃口尺寸及公差的分布狀態(tài)用下圖表示。從圖中還可以看出，無論是沖孔還是落料，當(dāng)凸模、凹模按圖樣分別加工時，為了保證間隙值，凸模、凹模的制造公差必須滿足下列條件：δ凸＋δ凹≤Zmax-Zmin

§6—2沖裁實際上，目前工廠廣泛采用“配作法”來加工沖裁模。應(yīng)用配作法，落料時應(yīng)先按計算尺寸制造出凹模，然后根據(jù)凹模的實際尺寸，按最小合理間隙配制凸模；沖孔時則先按計算尺寸制造出凸模，然后根據(jù)凸模的實際尺寸，按最小合理間隙配制凹模。配作法的特點是模具的間隙由配制保證，工藝比較簡單，不必校核δ凸+δ凹≤Zmax一Zmin的條件，并且在加工基準(zhǔn)件時，可適當(dāng)放寬公差（通常取δ＝1/4△），使加工容易進行。§6—2沖裁四、沖裁加工的一般工藝要求1.沖裁件的工藝性沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適應(yīng)性，即沖裁加工的難易程度。良好的沖裁工藝性，是指在滿足沖裁件使用要求的前提下，能以最簡單、最經(jīng)濟的沖裁方式加工出來。工藝性良好的沖裁，所需要的工序數(shù)目少，容易加工，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，出現(xiàn)的廢品少，同時節(jié)省材料；所需的模具結(jié)構(gòu)簡單，使用壽命也長。沖裁件的工藝性主要包括沖裁件的結(jié)構(gòu)與尺寸、精度與斷面粗糙度、材料等三個方面?！?—2沖裁2.合理排樣排樣是指沖裁件在條料、帶料或板料上的布置方法。排樣是否合理，將直接影響材料利用率、沖裁件質(zhì)量、生產(chǎn)效率、沖模結(jié)構(gòu)與使用壽命等。因此，排樣是沖壓工藝中一項重要的、技術(shù)性很強的工作。沖裁加工時的合理排樣是降低生產(chǎn)成本的有效途徑。合理排樣是在保證必要搭邊值的前提下，盡量減少廢料，最大限度地提高原材料的利用率。各種沖裁件的具體排樣方法應(yīng)根據(jù)沖裁件形狀、尺寸和材料規(guī)格靈活考慮?！?—2沖裁3.搭邊值的確定搭邊是指排樣時沖裁件之間以及沖裁件與條料邊緣之間留下的工藝廢料。搭邊雖然是廢料，但在沖裁工藝中卻有很大的作用，主要體現(xiàn)在：可以補償定位誤差和送料誤差，保證沖裁出合格的零件；增加條料剛度，方便條料送進，提高生產(chǎn)效率；避免沖裁時條料邊緣的毛刺被拉入模具間隙，延長模具使用壽命。§6—2沖裁搭邊值的大小要合理。在實際確定搭邊值時，主要考慮以下因素。（1）材料的力學(xué)性能。軟材料、脆材料的搭邊值取大一些，硬材料的搭邊值可取小一些。（2）沖件的形狀與尺寸。沖件的形狀復(fù)雜或尺寸較大時，搭邊值取大一些。（3）材料的厚度。厚材料的搭邊值要取大一些。（4）送料及擋料方式。用手工送料，且有側(cè)壓裝置的搭邊值可以小一些，用側(cè)刃定距可比用擋料銷定距的搭邊值小一些。（5）卸料方式。彈性卸料比剛性卸料的搭邊值要小一些?！?—2沖裁搭邊值a一般可根據(jù)沖裁件的板厚t按以下關(guān)系選取：圓形零件a≥0.7t方形零件a≥0.8t§6—2沖裁4.可能沖裁的最小尺寸零件沖裁加工部分的尺寸越小，則所需沖裁力也越小。但尺寸過小時，將造成凸模單位面積上的壓力過大，使其強度不足。零件沖裁加工部分的最小尺寸與零件的形狀、板厚及材料的力學(xué)性能有關(guān)。采用一般沖模，在軟鋼料上所能沖出的最小尺寸如下。圓形零件最小直徑等于

t；短形零件最小短邊等于0.8t；方形零件最小邊長等于0.9t；長圓形零件兩直邊最小距離等于0.7t。.§6—2沖裁5.使用沖床應(yīng)注意的事項（1）使用前，要對沖床各部分要進行檢查，并對各潤滑部位注滿潤滑油。（2）檢查軸瓦間隙和制動器松緊程度是否合適。（3）檢查運轉(zhuǎn)部位是否有雜物夾入。（4）經(jīng)常檢查沖床的滑塊與導(dǎo)軌磨損情況及間隙。間隙過大會影響導(dǎo)向精度，因此，必須定期調(diào)節(jié)導(dǎo)軌之間的間隙。如磨損太大必須重新維修。（5）安裝模具時，要使模具壓力中心與沖床壓力中心相吻合，且要保證凸模、凹模間隙均勻。（6）啟動開關(guān)后，空車試轉(zhuǎn)3~5次，以檢查操縱裝置及運轉(zhuǎn)狀態(tài)是否正常。（7）沖裁時，要精力集中，不能隨意踩踏板，嚴(yán)禁手伸向模具間或頭部接觸滑塊，以免發(fā)生事故。（8）不能沖裁過硬或經(jīng)淬火的材料。沖床絕不允許超載工作。（9）長時間沖裁時，要注意檢查模具有無松動，間隙是否均勻。（10）停止沖裁后，須切斷電源或鎖上保險開關(guān)。沖裁出的零件及邊角余料應(yīng)及時運走，保持沖床周圍無工作障礙物。§6—3氣割

第六章下料§6—3氣割氧乙炔焰氣割是冷作工常用的一種下料方法。氣割與機械切割相比具有設(shè)備簡單、成本低、操作靈活方便、機動性高、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。氣割可切割較大厚度范圍的鋼材，并可實現(xiàn)空間任意位置的切割，所以，在金屬結(jié)構(gòu)制造及維修中氣割得到廣泛的應(yīng)用。尤其對于本身不便移動的大型金屬結(jié)構(gòu)，應(yīng)用氣割就更能顯示其優(yōu)越性。氣割的主要缺點是勞動強度大，薄板氣割時易引起工件變形，切口冷卻后硬度極高且不利于切削加工等，而且對切割材料有選擇性?！?—3氣割一、氣割的過程及條件氣割是利用氣體火焰的熱能將工件待切割處加熱到一定溫度后，噴出高速切割氧氣流，使待切割處金屬燃燒實現(xiàn)切割的方法。氧乙炔焰氣割就是根據(jù)某些金屬加熱到燃點時，在氧氣流中能夠劇烈氧化（燃燒）的原理實現(xiàn)的。金屬在氧氣中劇烈燃燒的過程就是金屬切割的過程。1.氣割的過程§6—3氣割氧乙炔焰氣割的過程，由以下三個階段組成。（1）金屬預(yù)熱。開始氣割時，必須用預(yù)熱火焰將欲切割處的金屬預(yù)熱至燃燒溫度（燃點）。一般碳鋼在純氧中的燃點為1100~1150℃。（2）金屬燃燒。把切割氧噴射到達到燃點的金屬上時，金屬便開始劇烈地燃燒，并產(chǎn)生大量的氧化物（熔渣）。由于金屬燃燒時會放出大量的熱，便氧化物呈液體狀態(tài)。（3）氧化物被吹除。液態(tài)氧化物受切割氧流的壓力而被吹除，上層的金屬氧化時，產(chǎn)生的熱量能傳至下層金屬，使下層金屬預(yù)熱到燃點，切割過程由表面深入到整個厚度，直至將金屬割穿。同時，金屬燃燒時，產(chǎn)生的熱量和預(yù)熱火焰一起，又將鄰近的金屬預(yù)熱至燃點，沿切割線以一定的速度移動割炬，即可形成割縫，使金屬分離。§6—3氣割2.氣割的條件（1）金屬材料的燃點必須低于其熔點。這是保證切割在燃燒過程中進行的基本條件。否則，切割時金屬將在燃燒前先行熔化，使之變?yōu)槿鄹钸^程，不僅割口寬，極不整齊，而且易于粘連，達不到切割質(zhì)量要求。（2）燃燒生成的金屬氧化物的熔點，應(yīng)低于金屬本身的熔點，同時流動性要好；否則，就會在割口表面形成固態(tài)氧化物，阻礙氧流與下層金屬的接觸，使切割過程不能正常進行。（3）金屬燃燒時能放出大量的熱，而且金屬本身的導(dǎo)熱性要差。這是為了保證下層金屬有足夠的預(yù)熱溫度，使切割過程能連續(xù)進行。§6—3氣割滿足上述條件的金屬材料有純鐵、低碳鋼、中碳鋼和普通低合金鋼，而鑄鐵、高碳鋼、高合金鋼、銅及銅合金、鋁及鋁合金等均難以進行氧乙炔焰氣割。例如，鑄鐵不能用普通方法氣割是因為其燃點高于熔點，并產(chǎn)生高熔點的二氧化硅，且氧化物的黏度大、流動性差，高速氧流不易把它吹除。此外，由于鑄鐵的含碳量高，碳燃燒時產(chǎn)生一氧化碳及二氧化碳氣體，降低了切割氧的純度，也造成氣割困難。§6—3氣割二、手工氣割工藝規(guī)范影響氣割質(zhì)量和效率的主要氣割工藝規(guī)范如下。1．預(yù)熱火焰能率預(yù)熱火焰能率用可燃氣體每小時消耗量（L/h）表示，它由割炬型號及割嘴號碼的大小來決定。割嘴孔徑越大，火焰能率也就越大?；鹧婺苈实拇笮。瑧?yīng)根據(jù)工件厚度恰當(dāng)?shù)剡x擇。火焰能率過大，使割縫邊緣產(chǎn)生連續(xù)的珠狀鋼粒，甚至邊緣熔化成圓角，同時背面有黏附的熔渣，影響氣割質(zhì)量；火焰能率過小，割件得不到足夠的熱量，氣割過程易中斷，而且切口表面不整齊?！?—3氣割2．氧氣壓力氧氣壓力應(yīng)根據(jù)工件厚度、割嘴孔徑和氧氣純度選定。氧氣壓力過低時，金屬燃燒不完全，切割速度降低，同時氧化物吹除不干凈，甚至割不透；氧氣壓力過高時，過剩的氧氣會對切割金屬起冷卻作用，使氣割速度和表面質(zhì)量降低。一般情況下，割嘴和氧氣純度都已選定，則割件越厚，切割時所使用的氧氣壓力越高。§6—3氣割3．氣割速度氣割速度必須與切口整個厚度上金屬的氧化速度相一致。氣割速度過慢，會使切口邊緣熔化，切口過寬，割薄板時易產(chǎn)生過大的變形；氣割速度過快，則會造成切口下部金屬不能充分燃燒，出現(xiàn)割紋深度增大的現(xiàn)象，甚至割不透。手工氣割時，合理的氣割速度可通過試割來決定。一般以不產(chǎn)生或只有少量后拖量的情況為宜?！?—3氣割4．預(yù)熱火焰根據(jù)氧氣和乙炔的混合比不同，分為碳化焰、氧化焰、中性焰三種。氣割采用的是氧氣和乙炔氣比例適中、火焰中兩種氣體均無過剩的中性焰或輕微氧化焰，在切割過程中要隨時觀察和調(diào)整火焰，以防止發(fā)生碳化焰。中性焰的最高溫度可達3000℃左右，且對高溫金屬氧化或碳化作用極小?！?—3氣割手工氣割工藝規(guī)范§6—3氣割三、氣割的機械化和自動化1．半自動氣割機半自動切割機是一種最簡單的機械化氣割設(shè)備，一般由一臺小車帶動割嘴在專用軌道上自動地移動，但軌道的軌跡需要人工調(diào)整。當(dāng)軌道呈直線時，割嘴可以進行直線切割；當(dāng)軌道呈一定的曲率時，割嘴可以進行一定的曲線氣割；如果軌道是一根帶有磁鐵的導(dǎo)軌，小車?yán)门佬旋X輪在導(dǎo)軌上爬行，割嘴可以在傾斜面或垂直面上氣割。半自動氣割機，除可以以一定速度自動沿切割線移動外，其他切割操作均由手工完成。半自動氣割機最大的特點是輕便、靈活、移動方便?！?—3氣割2．仿形氣割機仿形氣割機是一種高效率的半自動氣割機，可以方便而又精確地氣割出各種形狀的零件。仿形氣割機的結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是門架式，另一種是搖臂式。其工作原理主要是靠輪沿樣板仿形帶動割嘴運動，而靠輪分為磁性和非磁性靠輪兩種。仿形氣割機由運動機構(gòu)、仿形機構(gòu)和切割器三大部分組成。運動機構(gòu)常見的有活動肘臂和小車帶伸縮桿兩種形式。氣割時，將制好的樣板置于仿形臺上，仿形頭按樣板輪廓移動，切割器則在鋼板上切割出所需的輪廓形狀。§6—3氣割CG2—150搖臂仿形氣割機是目前應(yīng)用比較普遍的一種小型仿形氣割機。它是采用磁輪跟蹤靠模板的方法進行各種形狀零件及不同厚度鋼板的切割，行走機構(gòu)采用四輪自動調(diào)平，可在鋼板和軌道上行走，移動方便，固定可靠，適合批量切割鋼板件。使用CG2—150搖臂仿形氣割機切割零件時，應(yīng)根據(jù)被割零件的形狀設(shè)計樣板。樣板可用2~5mm的低碳鋼板制成，其形狀和被割零件相同，但尺寸不能完全一樣，必須根據(jù)割件的形狀和尺寸進行設(shè)計計算?！?—3氣割3．光電跟蹤仿形氣割機光電跟蹤仿形氣割機是一種高效率自動化氣割機床，它可省掉在鋼板上劃線的工序，而直接進行自動氣割。它是將被切割零件的圖樣，以一定比例畫成縮小的仿形圖，制成光電跟蹤模板，光電跟蹤仿形氣割機通過光電跟蹤頭的光電系統(tǒng)自動跟蹤模板上的圖樣線條，控制割炬的動作軌跡與光電跟蹤頭的軌跡一致，以完成自動氣割。由于跟蹤的穩(wěn)定性好、傳動可靠，因此大大提高了氣割質(zhì)量和生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動強度，故光電跟蹤仿形氣割機的應(yīng)用日趨擴大?！?—3氣割光電跟蹤仿形氣割機是由光學(xué)部分、電氣部分和機械部分組成的自動控制系統(tǒng)。在構(gòu)造上可分為指令機構(gòu)（跟蹤臺和執(zhí)行機構(gòu)）、氣割機兩部分。氣割機放置在車間內(nèi)進行氣割，為避免外界振動和噪聲等干擾，跟蹤臺應(yīng)放置在離氣割機100m范圍內(nèi)的專門工作室內(nèi)。氣割機由跟蹤臺通過電氣線路進行控制?！?—4等離子切割第六章下料§6—4等離子切割一、等離子和等離子弧的產(chǎn)生及特點1．等離子和等離子弧的產(chǎn)生原子運動速度加快，使帶負電荷的電子脫離帶正電荷的原子核，成為自由電子，而原子本身就成了帶正電的離子，這種現(xiàn)象就是電離。若使氣體完全電離，得到全是由帶正電的正離子和帶負電的電子所組成的電離氣體，稱為等離子體或等離子。等離子體是物質(zhì)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)以外的第四態(tài)。由于等離子體全部由離子和電子組成，因此等離子體具有極好的導(dǎo)電能力，可以承受很大的電流密度，并能受電場和磁場的作用。等離子體還具有極高的溫度和極好的導(dǎo)熱性，能量又高度集中，這有利于熔化一些難熔的金屬或非金屬。§6—4等離子切割通過對電弧進行強迫壓縮，使弧柱截面收縮，弧柱中的氣體幾乎達到全部離子體狀態(tài)的電弧，稱為等離子弧。等離子弧實際上就是一種高度壓縮了的電弧。由于電弧經(jīng)過壓縮，能量密度大，溫度高（10000~30000℃或更高），弧柱中心部分附近的氣體都電離成離子及電子。而普通的電弧沒有經(jīng)過壓縮，這就是兩者質(zhì)的區(qū)別。等離子弧既可用來進行焊接，也可用來進行切割。§6—4等離子切割2．等離子弧的特點（1）由于等離子弧有很高的導(dǎo)電性，能承受很大的電流密度，因而可以通過極大的電流，故具有極高的溫度。又因其截面很小，則能量高度集中。用于切割的等離子弧，在噴嘴附近溫度最高可達30000℃。（2）等離子弧的截面很小，從溫度最高的弧柱中心到溫度最低的弧柱邊緣，溫差非常大。（3）由于各種強迫壓縮作用，以及電離程度極高和放電過程穩(wěn)定，所以，圓柱形的等離子弧挺度好。（4）噴嘴中通入的壓縮氣體在高溫作用下膨脹，又在噴嘴的阻礙作用下壓縮，從噴嘴中噴出時速度很高（可超過聲速）。所以等離子弧有很強的機械沖刷力。這一點特別有利于切割，可使切口窄而且平齊。（5）由于等離子弧中正離子和電子所帶的正、負電荷數(shù)量相等，故等離子弧呈中性?！?—4等離子切割二、等離子弧切割的原理和特點1．等離子弧的切割原理等離子弧切割是利用高溫、高沖刷力的等離子弧為熱源，將被切割的材料局部迅速熔化，同時利用壓縮產(chǎn)生的高速氣流的機械沖刷力，將已熔化的材料吹走，從而形成狹窄切口的切割方法。它屬于熱切割性質(zhì)，這與氧乙炔焰切割在本質(zhì)上是不同的。等離子弧切割隨著割炬向前移動而完成工件的切割，其切割過程不是依靠氧化反應(yīng)，而是靠熔化來切割材料。§6—4等離子切割2．等離子弧切割與氧乙炔焰切割的區(qū)別氧乙炔焰切割屬于氧化切割，它不能切割燃點高于熔點、導(dǎo)熱性好、氧化物熔點高和粘滯性大的材料；等離子弧切割則屬于熔化切割，等離子弧的溫度高，目前所有金屬材料和非金屬材料都能被等離子弧熔化切割。根據(jù)電源的連接方式，等離子弧可分為轉(zhuǎn)移型、非轉(zhuǎn)移型和聯(lián)合型三種。轉(zhuǎn)移型適用于金屬材料切割；非轉(zhuǎn)移型既可用于非金屬材料的切割，也可用于金屬材料切割，但由于工件不接電源，電弧挺度差，故只能切割厚度較小的金屬材料?！?—4等離子切割3．等離子弧切割的特點（1）應(yīng)用面很廣。由于等離子弧的溫度高、能量集中，所以能切割各種高熔點金屬及其他切割方法不能切割的金屬，如不銹鋼、耐熱鋼、鈦、鎢、鑄鐵、銅、鋁及其合金等。在使用非轉(zhuǎn)移型等離子弧時，由于割件不接電，所以在這種情況下還能切割各種非導(dǎo)電材料，如耐火磚、混凝土、花崗石、碳化硅等。（2）切割速度快，生產(chǎn)效率高。它是目前采用的切割方法中切割速度最快的。（3）切口質(zhì)量好。等離子弧切割時，能得到比較狹窄、光潔、整齊、無熔渣、接近于垂直的切口。由于溫度高，加熱、切割的過程快，所以此法產(chǎn)生的熱影響區(qū)和變形都比較小。特別是切割不銹鋼時能很快通過敏化溫度區(qū)間，故不會降低切口處金屬的耐腐蝕性；切割淬火傾向較大的鋼材時，雖然切口處金屬的硬度也會升高，甚至?xí)霈F(xiàn)裂紋，但由于淬硬層的深度非常小，通過焊接過程可以消除，所以切割邊可直接用于裝配、焊接。（4）成本較低。特別是采用氮氣等廉價氣體時，成本更為低廉?！?—4等離子切割三、等離子弧的發(fā)生裝置1—鎢極

2—進氣管3—高頻振蕩器、電源4—進水管5—噴嘴6—工件

7—等離子弧8—出水管電極接直流電源的負極，工件接正極，在電極和工件間加上一較高的電壓，經(jīng)過高頻振蕩器的激發(fā)，使氣體電離形成電弧，然后將氬氣或氮氣在很高的壓力與速度下，圍繞電弧吹過電弧放電區(qū)域，由于電弧受熱壓縮、機械壓縮和磁壓縮的作用，弧柱直徑縮小，能量集中，弧柱溫度很高，故氣體電離度很高。這種高度電離的離子流以極高的速度噴出，形成明亮的等離子焰流。§6—4等離子切割四、等離子弧切割設(shè)備等離子弧切割設(shè)備主要由電源、控制系統(tǒng)、割炬、供氣和供水系統(tǒng)等組成。等離子弧切割設(shè)備等離子弧切割設(shè)備工作示意圖§6—4等離子切割1．電源等離子弧切割采用具有陡降或恒流外特性的直流電源。電源空載電壓一般為切割時電弧電壓的兩倍，常用切割電源空載電壓為150~400V?？諝獾入x子弧切割一般要配用大于1.5kW的空氣壓縮機?！?—4等離子切割2．割炬一般60A以下割炬多采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，60A以上割炬多采用水冷結(jié)構(gòu)。割炬中的電極可采用純鎢棒、釷鎢棒、鈰鎢棒，也可采用鑲嵌式電極。空氣等離子弧切割時采用鑲嵌式鋯或鉿電極。§6—4等離子切割五、等離子弧切割工藝等離子弧切割的氣體一般用氮氣或氮氫混合氣體，也可用氬氣或氬氫、氬氮混合氣。切割電極采用含釷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%~2.5%的釷鎢棒，這種電極比采用鎢棒作電極的燒損要小，并且電弧穩(wěn)定。為了利于熱發(fā)射，使等離子弧穩(wěn)定燃燒，以及減少電極燒損，等離子弧切割時一般都把鎢極接電源負極，工件接正極，即采用正接法。§6—4等離子切割等離子弧切割內(nèi)孔或內(nèi)部輪廓時，應(yīng)在板材上預(yù)先鉆出直徑約φ12～16mm的孔，切割時由孔開始。噴嘴孔徑的大小應(yīng)根據(jù)切割工件厚度和氣體種類確定。使用氬氮混合氣體時，噴嘴孔徑可適當(dāng)小一些，使用氮氣時應(yīng)大一些。切割速度應(yīng)根據(jù)等離子弧功率、工件厚度和材料來確定。鋁的熔點低，切割速度應(yīng)快一些；鋼的熔點較高，切割速度應(yīng)慢一些；銅的導(dǎo)熱性好，散熱快，故切割速度應(yīng)更慢一些。一般在手工切割時噴嘴高度取為8~10mm，自動切割時取為6~8mm?！?—4等離子切割六、等離子弧切割的安全問題1．等離子弧切割時的弧光及紫外線對人的皮膚及眼睛均有傷害作用，所以必須采取保護措施（穿工作服、戴面罩等）。2．等離子弧切割時產(chǎn)生大量的金屬蒸氣和氣體，人體吸入后常產(chǎn)生不良反應(yīng)，所以工作場地必須安裝強制抽風(fēng)設(shè)備。3．等離子弧切割用電源的空載電壓較高，有電擊的危險。電源在使用時必須可靠接地，割炬與手觸摸部分必須可靠絕緣。4．釷鎢極是鎢與氧化釷經(jīng)粉末冶金制成。釷具有一定的放射性，但一根釷鎢棒的放射劑量很小，對人體影響不大。大量釷鎢棒存放或運輸時，因劑量增大，應(yīng)放在鉛盒內(nèi)。在磨削釷鎢棒時，產(chǎn)生的塵末若進入人體則是不利的，所以，在砂輪機上磨削釷鎢棒時必須裝有抽風(fēng)裝置。5．等離子弧切割采用高頻振蕩器引弧，應(yīng)注意高頻電磁場對人體造成的生理傷害?！?—4等離子切割七、其他等離子弧切割形式簡介1．雙氣流等離子弧切割電弧得到進一步壓縮，有利于吹出割渣，具有雙弧傾向小、切割速度快、切口上沿圓度小等優(yōu)點。2．水射流等離子弧切割以高速水流射向電弧，使電弧再次受到強烈壓縮，溫度隨之可升達30000℃。離子氣通常用氮氣。具有切口質(zhì)量好、噴嘴損耗少、可提高切割速度、雙弧傾向小等優(yōu)點。3．氧流等離子弧切割氧的燃燒作用可以加快切割速度。§6—4等離子切割4．水幕等離子弧切割可將等離子弧置于水幕中或直接將工件置于50~75mm的水下，可使煙霧減少、噴嘴壽命延長，噪聲降低。水幕等離子弧切割的壓縮程度、切口質(zhì)量和切割速度提高不顯著。5．高精度等離子弧切割以徑向旋轉(zhuǎn)的氧氣流加強電弧的收縮，有的還以另一路氣流從噴嘴下部向電弧噴射，甚至用外加的磁場使電弧進一步收縮，使電弧更穩(wěn)定。其優(yōu)點是變形小，切口窄，切割精度介于普通等離子弧切割與激光切割之間；其缺點是最大切割厚度限于6mm以下，切割速度低于普通等離子弧切割，僅達到激光切割的60%~80%?！?—5數(shù)控切割第六章下料§6—5

數(shù)控切割隨著電子計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，工業(yè)自動化技術(shù)得到不斷地提高和完善。金屬結(jié)構(gòu)件的設(shè)計已開始突破“焊接件是毛坯”的概念。在國內(nèi)外最新設(shè)計的產(chǎn)品中，根據(jù)對切割面尺寸和表面質(zhì)量的要求，許多切割面已直接作為不需加工的成品表面，這應(yīng)歸功于較先進的數(shù)控切割技術(shù)的應(yīng)用。數(shù)控切割下料，是計算機技術(shù)在冷作各工序中開發(fā)應(yīng)用較早、技術(shù)成熟、獲得廣泛應(yīng)用的一種工藝方法。數(shù)控切割機是自動化的高效火焰切割設(shè)備。由于采用計算機控制，使切割機具備割炬自動點火、自動升降、自動穿孔、自動切割、自動噴粉劃線、切口自動補償、割炬任意程序段自動返回、動態(tài)圖形跟蹤顯示等功能。計算機具有鋼板自動套料、切割零件的自動編輯功能，整張鋼板所有切割零件的切割全部自動完成?！?—5

數(shù)控切割一、數(shù)控切割工作原理數(shù)控（NC）的全稱是數(shù)字程序控制。數(shù)控切割就是根據(jù)被切割零件的圖樣和工藝要求，編制成以代碼表示的程序，輸入設(shè)備的數(shù)控裝置或控制計算機中，以控制氣割器具按照給定的程序自動地進行氣割，使之切割出合格零件的工藝方法。數(shù)控切割的工作流程§6—5

數(shù)控切割1．編制數(shù)控切割程序要使數(shù)控切割機按預(yù)定的要求自動完成切割加工，首先要把被加工零件的切割順序、切割方向及有關(guān)參數(shù)等信息，按一定格式記錄在切割機所需要的輸入介質(zhì)上，然后再輸入切割機數(shù)控裝置，經(jīng)數(shù)控裝置運算變換后控制切割機的運動，從而實現(xiàn)零件的自動加工。從被加工的零件圖樣到獲得切割機所需控制介質(zhì)的全過程稱為切割程序編制。數(shù)控切割程序的編制方法有手工編程和計算機自動編程兩種。程序的格式有3B、4B和ISO代碼三種。就目前應(yīng)用情況看，應(yīng)用較多的是采用AutoCAD或CAXA目動編程軟件進行編程。§6—5

數(shù)控切割2．?dāng)?shù)控切割氣割時，編制好的數(shù)控切割程序通過光電輸入機被讀入專用計算機中，專用計算機根據(jù)輸入的切割程序計算出割頭的走向和應(yīng)走的距離，并以一個個脈沖向自動切割機發(fā)出工作指令，控制自動切割機進行點火、鋼板預(yù)熱、鋼板穿孔、切割和空行程等動作，從而完成整張鋼板上所有零件的切割工作。§6—5

數(shù)控切割二、數(shù)控切割機的組成數(shù)控切割機的組成可以概括為兩大部分：控制裝置和執(zhí)行機構(gòu)。1．控制裝置（1）輸入裝置。輸入裝置的作用是將編制好的指令讀入計算機中，將人的命令語言翻譯成計算機能識別的語言。（2）計算機。計算機的作用是對讀入的指令和切割過程中反饋回來的切割器具所處的位置信號進行計算，將計算結(jié)果不斷地提供給執(zhí)行機構(gòu)，以控制執(zhí)行機構(gòu)按照預(yù)定的速度和方向進行切割。§6—5

數(shù)控切割2．執(zhí)行機構(gòu)（1）驅(qū)動系統(tǒng)。由于計算機輸出的是一些微弱的脈沖信號，不能直接驅(qū)動數(shù)控切割機使用的步進電動機。因此還需將這些微弱的脈沖信號真實地加以放大，以驅(qū)動步進電動機轉(zhuǎn)動。驅(qū)動系統(tǒng)正是這樣一套特殊的供電系統(tǒng)，它能保持計算機輸出的脈沖信號不變，同時依據(jù)脈沖信號提供給步進電動機轉(zhuǎn)動所需要的電能。（2）機械傳功系統(tǒng)。機械傳動系統(tǒng)的作用是通過絲杠、齒輪或齒條傳動，將步進電動機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動?？v向步進電動機驅(qū)動機體作縱向運動，橫向步進電動機驅(qū)動橫梁上的氣割系統(tǒng)作橫向運動，控制和改變縱向、橫向步進電動機運動速度和方向，便可在二維平面上作出各種各樣的直線或曲線來。（3）氣割系統(tǒng)。氣割系統(tǒng)包括割炬、驅(qū)動割炬升降的電動機和傳動系統(tǒng)，以及點火裝置、燃氣和氧氣管道的開關(guān)控制系統(tǒng)等。在大型數(shù)控切割機上，往往裝有多套割炬，可實現(xiàn)同時切割，從而有效地提高工作效率。§6—5

數(shù)控切割三、數(shù)控切割運動軌跡的插補原理數(shù)控機床若按運動方式分類可分為點位控制系統(tǒng)、直線控制系統(tǒng)和輪廓控制系統(tǒng)三類。數(shù)控切割機床的運動規(guī)律為運動軌跡（輪廓）控制，屬