板材自动套料及等离子切割在厂房钢结构制作中的应用

2013-12-03孙科，王刚

中国建筑金属结构 2013年12期

孙科，王刚

（中国二十冶集团有限公司钢结构工程分公司，上海 201900）

钢结构厂房与传统的厂房建设相比较，具有效率更高、结构更加稳固以及质量更为可靠等优点。因此，目前也得到了越来越多的厂家的认可，在实践中的应用范围越来越广。但是，目前我国的钢结构厂房在建设的过程中，钢结构的制作主要依赖于人工排版以及人工切割。存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率难以保障等问题。依靠板材自动套料技术以及等离子切割技术能够有效的改善上述存在的问题。

1 板材自动套料技术及等离子切割技术的基本原理

1.1 板材自动套料技术的基本原理与结构

板材自动套料技术能够依据企业现有的生产以及库存管理模式，完善自身的材料管理，并且有效的提升其材料的利用率，将材料依据不同的材质、规格、板厚以及工程进行统计以及汇总。同时，还能够对切割完之后的余料可以再次利用，建立起一种有效的管理，通过对其进行有效编码，为材料排版建立起数据支撑。在材料消耗之后，对应规格和编码的材料从数据库之中消除，而余料直接进入材料数据库。其关键的技术特性就是通过运用数据库技术，实现排版的信息共享以及交流，其基本结构如图1所示。

图1 板材自动套料系统的基本结构

板材自动套料技术在厂房钢结构制作中能够起到如下几个方面的作用：通过运用板材自动套料技术，能够起到有效的提升钢结构的制作效率的作用，由于所有的板材都已经编号、排序，自动套料与手工排版相比，能够节省大量的时间；采用板材自动套料技术，在厂房的钢结构制作之中，能够有效的减少板材的消耗，提高板材的利用效率。在传统的手工排版方式之下，切割之后的余料往往直接当作废品进行处理，利用效率不高。但是，板材自动套料技术能够对余料进行分析，将可以再利用的余料进行分类存放，在需要时，自动调用，可以有效的提升板材的利用效率，降低钢结构的生产制作成本。

2.1 等离子切割技术的基本原理

根据目前的科学研究，发现物质基本上分为4种状态，即随着温度的不断升高，物质一般会有固体、液体以及气体3种状态，并且随着温度的进一步升高，能量还会使得分子进一步的分离，其中的原子由于激烈的相互碰撞而导致其内部的电子脱离出来，并且离解成为正负离子。这时，物质就进入到了第4种状态，也就是本文提及的等离子体。等离子之间的撞击会释放出非常庞大的能量，并且能够维持在一个非常高的温度之下。正是基于等离子的这种性质，将其通过一定的约束之后应用于切割之中，往往具有非常好的效果。而且，等离子切割与传统的火焰切割相比较，除了熔化之外，还起到一定的有氧蒸发的作用，切割速度更快，切口质量更好，而且穿孔时间很短，因此目前也得到了越来越广泛的应用。等离子切割的基本原理如图2所示。

图2 等离子切割的基本原理

如图2所示，等离子弧切的原理实际上就是以高温高速的等离子弧为热源、将被切割件面部熔化，并得用压缩的高速气流的机械冲刷力将熔化的金属或非金属吹走而形成狭窄的切口的过程。

2 应用实例分析

2.1 案例简介

HD钢构厂作为年产在15万t大型钢结构制造特级企业，近年来为大量钢结构厂房的建设提供钢结构制作服务，在经营过程中，企业发现其传统的排版以及切割方式，存在排版效率低、余料利用率不高、切割精度低以及良品率难以保障等问题。如何降低材料损耗和提高材料余料利用率，加强钢材预算及定板定尺采购，实现钢结构切割下料的全过程信息化管理模式尤为重要。

2.2 板材自动套料技术以及等离子切割技术的应用

HD钢构厂在2012年开始，对其切割机进行了改造，已纳入了Fastcam套料软件以及XSTEEL技术，从而实现了编程的简单化，使得板材的自动套料成为了可能。此外，HD钢构厂还引入了等离子切割技术，对切割方式进行了升级。为了便于操作，HD钢构厂对于所有的客户的要求运用AutoCAD进行了重新设计，然后在Fastcam中导入相关的设计文件，就可以根据提示确定下料的数量、规格，并且以最节省余料的原则，对零件进行排版布局，选择合适的切入点。

2.3 板材自动套料技术以及等离子切割技术应用的效益

通过上述一系列的升级和改造，HD钢构厂实现了损耗率降低1%的目标，以年产15万t计算，损耗率每降低1%，将节约成本15万t×1%×3000元/t=450万元。同时，良品率也得到了一定的提升，再加上效率的相应提升，经过初步测算，这两项就可以给HD钢构厂实现近500万元利润的提升。因此，综合来看，在HD钢构厂应用板材自动套料技术以及等离子切割技术可以每年多实现近1000万元的利润。