提高切割材料利用率的验证分析及措施

胡兴伟， 赵文昌， 董长福， 武升杰， 孙明军

（淄矿集团 山东博选矿物资源技术开发有限公司,山东 济宁272173）

0 引 言

切割材料利用率和切割耗材寿命的高低是影响企业经济效益的主要因素之一，结合我公司切割下料的特点和目前的生产状况，通过调查分析找出问题原因，通过优化计算、排版实验验证提供切合实际的解决措施，以便提高切割筛网与钢材的利用率，降低切割成本，从而为企业获得更多的经济效益。

1 设备产品现状

如图1所示，筛板筛篮弧形筛[1-5]是我司生产的主要矿用产品，是煤矿筛分机中的核心部件之一，矿筛网筛篮广泛应用于多行业中的筛分、过滤、脱水、脱泥等作业。它具有很高的强度、刚度和承载能力，可以做成各种形状的刚性的筛分过滤装置。产品的加工制作需要不同规格、材质的不锈钢丝与钢板原材，首先把圆形丝通过轧丝机、调直切断机加工成网丝断面为梯形的楔形丝，筛缝上窄下宽；其次由不锈钢丝冷轧而成的脱磁筛条、背条通过自动化焊网机焊接而成，筛缝均匀，开孔率高；然后把焊接好的筛网筒及钢板根据产品需求通过切割机切割成不同规格的筛网片及铁板；最后通过焊接、浇铸等工艺制成成品。

图1 筛篮、筛板、弧形筛产品图

我公司焊网采用的是自动化电阻焊网机，原材料切割所采用的加工设备为镭泽激光切割机（如图2），自动化焊网机采用了电阻压力焊的原理。过丝滚筒采用碳刷连接接通焊接变压器的一个极；压丝电极滚轮与过丝滚筒绝缘，接通焊接变压器的另外一个极。筛网筒的径丝穿入过丝滚筒工装，由滚珠丝杠带动拉丝盘同时往外拉，压丝电极滚轮压在筛网筒的纬丝上在径丝上缠绕，通过电流电阻热使径丝和纬丝接触部位熔化焊接。激光切割机是利用聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高束气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光切割属于热切割方法之一。

图2 激光切割机、自动化焊网机设备图

同种材质与规格（包括料厚、筛缝等参数）的筛网及钢板在切割时，受限于产品的种类繁多、形状及尺寸差异很大的原因，且切割工艺不完善，随用随割，没有计划性地通过CAD或切割软件系统进行正规编程、排版，导致不能充分利用下料余量，从而导致材料浪费严重[6]。

2 原因分析

通过跟踪切割现场及实验验证调查分析，影响下料利用率的主要原因如下：1）随用随切，没有进行科学的优化计算及排版；2）原材版面选择不合理；3）边角余料未充分利用；4）操作人员节约意识淡薄，操作方法及技能不高。

3 实验验证

3.1 合理选用板材规格及CAD排版实验验证

以制作新河煤矿1670 mm×2270 mm-1.0 mm的弧形筛为例，所需筛网片尺寸为1670 mm×2120 mm，弧形筛示意图如图3所示。我厂数控筛网焊接机滚筒前端固定了4个不同直径的焊接胎具，分别为D600、D800、D1000、D1200，这就意味着焊出的筛网宽度是固定的，分别为1850、2500、3100、3700 mm，筛片长度根据需求可以在4000 mm以内调整。下面以上述4种宽度规格通过焊网机进行筛网筒试制，经过等离子切割机切割、校平机校平后，4种筛网片的参数规格分别为1850 mm×2140 mm、2500 mm×2140 mm、3100 mm×2140 mm、3700 mm×2140 mm ，若是在每张筛网片上仅单一地切割加工所需的弧形筛，最后计算分析出的材料利用率如表1所示，此时材料利用率最高的为1850 mm×2140 mm规格的筛网片,为89.4%。如果合理统筹最优化排版，我们可以在同一个筛网片同时切割弧形筛及筛板所需的筛网片，经过计算、优化排版、分析得出，加工610 mm×305 mm-1.0 mm（所需筛网片尺寸为535 mm×275 mm，允许加工公差为±5 mm）的聚氨酯筛板最适宜，材料利用最优化排版如图4所示，这种方案的材料利用率 达 到99.2%。

表1 弧形筛材料利用率统计表

图3 新河弧形筛1670×2270-1.0

图4 材料利用最优化排版图

3.2 软件编程排版实验验证

以加工筛板上常用的 580 mm（长）×45 mm（高）×6 mm（厚） 与280 mm（长）×45 mm（高）×6 mm（厚）的立板为实例，在2000 mm ×1500 mm ×6 mm的板材上切割，现在生产状态是根据产品需求数量即时计量加工，据计算统计钣金材料整体利用率约在80%～85%之间。而利用CypCut （或ProNest、FAST CNCCUT）软件系统提前通过编程及排版后，提供多种排版结果及利用率数值，材料利用率最高的可以达到97.5%。排版还可以根据产品需求人工适当调整，如图5所示。

图5 CypCut软件编程排版图

通过以上计算验证及分析可以得出以下结论：1）使用的板材规格计算分 析 、CAD 编程排版对提高切割材料利用率起决定影响；2）通过最优化计算与排版后，材料利用率可以提高12%～25%。

通过CAD或切割系统软件进行严格计算、合理编程、优化切割工艺后，公司年满产使用筛网30 000 m2，筛网按平均20 元/kg，使用钢材100 t，钢材按均价5000元/t，在不统计切割耗材（切割气体、喷嘴、等离子电极、用电量、人工等）同步降低的情况下，按提高12%的材料利用率来计算，每年将给公司持续性材料成本至少降低150 万元以上。

4 解决利用率低的措施

通过上述原材规格最优选择验证、软件编程与排版的切割验证分析发现：在切割前做好同规格板材的编程与排版是解决材料利用率低的决定因素。因此做好同规格切割零件需求的周计划、月计划甚至季度计划尤为重要。主要通过以下措施提高材料利用率。

4.1 计划性做好CAD或切割软件编程、排版

1）通过切割软件优化排版，规范板材的排版程序，根据材料规格参数，合理设置最优化零件间距；2）根据生产产品类型及计划对所需原材进行预排版，合理采购优化后规格的原材。

4.2 提高切割效率

目前我厂对数控切割方面的认识不足，满足于“可以切”的基本要求，忽视了切割效率、切割质量和材料利用率的影响因素。在计算机辅助系统的普遍应用下，需要向切得快、切得好、切得省的标准靠拢，具体如下：1）通过CAD实现整板套料和余料板套料，为激光切割机提供切割程序，以实现切割机全时用来切割；2）使用高套料切割与共边切割技术；3）使用零件桥接或连割技术；4）避免或减少二次切割。

4.3 提高切割质量

1）提高员工切割技能，调动工作积极性和主观能动性，只有提高员工的自身素质，才是解决问题的关键；2）实施首件检验和过程实时检验，贯彻“下道工序是上道工序的质检员”方针；3）对切割设备进行定期除尘、加油、保养和检修。

4.4 建立半成品和余边角料管理体系

1）统计和清理现有的余边料，做好标记及记录，根据板厚和规格尺寸分别放置在废料库以备二次充分利用；2）少量小零件或配件的切割加工，优先利用留下的边角钢板下料；3）提高盘存清理质量，清理出来的零件必需贴上明显辨别标记；4）采用优化后的套料技术，在原切割产品的基础上，适当增加小零件排列，增加小面积零件业务，变废为宝。

4.5 提高员工节约意识

加强资源节约教育，建立节约资源奖励机制，鼓励节约，制定资源节约计划或规划。