提高铁路货车产品板材切割效率及利用率技术研究

摘要：当今社会竞争异常激烈，控制成本、提高质量成为公司发展的头等大事。尤其是近几年，整体经济环境较为严峻的形势下，市场不景气。“开源”备受压力，“节流”备感重要。因此只有科学管理、控制内耗、降低成本，才能在市场中立于不败之地。一方面随着我国铁路行业的迅猛发展和对能源和资源的需求急剧上升，导致钢材和能源价格大幅上涨，另一方面随着国家环保力度的加大加剧了原材料成本攀升，利润空间被不断压缩。作为铁路货车行业本身的利润就相对较低，因此更有必要不断提高板材切割效率及原材料利用率，实不断降低产品成本，促进企业效益的提升。

关键词：铁路货车;原材料;利用率;技术研究;

前言

高效、智能制造是社会、科学进步的必然性，是制造业跨时代的发展。随着计算机技术的发展，数字自动化技术已经广泛应用于工业的各个领域，尤其是机械行业。

目前公司拥有多台数控切割机，但套裁方案一直采用最原始的手工套料方式，手工干预量大，费时费力且容易出错。由于人工套料，不同的环境、工程师经验、工程师情绪对套料工作的影响都非常大，此种排料方式在受到人员素质、水平、态度、情绪等等因素的影响，造成切割效率及原材料利用率较低且不可控。同时，对于防止热变形等特殊切割工艺实现起来较为困难。针对特殊切割工艺如：共边、连割、搭桥、借边、I穿孔、热变勾与留割、“一笔画”切割等切割工艺无法进行手工编程，降低了切割效率使切割设备没有最大化利用。提高效率，实现高效生产提高材料利用率，加速降本增效。

1 切割工艺的应用

切割机切割零件的过程：零件按照特定的切割顺序，割枪首先空程移动到零件的引入线位置，预热、穿孔然后通过引线顺着零件轮廓运行1周，切割出1个零件，重复这样的动作直至整张板的零件切割完毕。一般的零件切割方式必须由割枪绕零件1周以保证零件能完全与钢板分离，这种传统方式能够保证零件的切割完成，但切割效率、利用率等指标往往不理想，割枪损耗、切割气体损耗居高不下[1]。因此，在实际的切割作业中要适当的运用相应的切割工艺来改善此种情况。

1.1 连割工艺

通常情况下，为提高材料的利用率，一般会将小零件套排在大零件内轮廓中，切割路径通常是首先切割内轮廓中的零件，然后跳跃切割下一个内轮廓中的零件，最后再分别切割两个内轮廓。这使得切割机多次抬枪、多次穿孔，切割效率低下。针对这种情况，可以采用连割工艺对切割路径进行优化，以减少穿孔、空程。连续切割工艺（连割工艺）是指将2个相邻零件引入与引出线连续切割的过程。将前一个零件的引出线与后一个零件的引入线连接，用切割线代替原来的空程线，连续切割，减少抬枪的时间，减少零件穿孔的切割工艺。该工艺在厚度大、穿孔成本高的钢材切割中更为实用。

连割工艺通过将两个零件的引入和引出线合并来实现连续切割，工人在操作中减少了抬枪的频次，降低了工作时间，减缓了劳动强度，提升工作效率。

1.2 搭桥工艺

在实际的切割作业中，为了减少切割的穿孔次数，将钢板中局部相邻的零件按照外轮廓整体切割下来，一次走刀完成，通过二次切割使零件分开，这种工艺即为搭桥切割工艺。搭桥工艺（桥接工艺）是指在2个或多个零件中间添加一小段间隙， 在切割时将几个零件桥接在一起不割透，这样切割完成后零件不会立刻掉下，作用是能够保护小零件不掉入切割机机架之下，降低因零件遗失而造成的成本损耗，减少切割工人使用工装捡起零件的时间成本。对于弧形长条零件，通过桥接能够控制零件的热变形，桥接宽度一般设置为10-15mm。

搭桥工艺的实际应用时为两个小零件之间用很窄的桥连接，保证两个零件不会分离掉落在切割机下的水槽中，避免了工人利用工装捞取配件的时间。当然该工艺也存在明显的缺点，即中间桥接的部分需要再经过一道割断的过程，故一般桥接间隙设置很小，使工人能够方便快速地折断。桥接折断后会留下部分凸起，故一般需对凸起处进行打磨。

同时，引入路径的方式也有很大的讲究，传统引入方式采用直线起割的方式切入零件轮廓，沿轮廓直边引入，再沿直边引出，这对于引入引出段为直线的轮廓来说，不会影响零件起割处切割质量。但在内圆孔的切割过程中，采用传统引入方式因在引入轮廓时直接切入没有平滑过渡，故经常会出现轮廓过烧情况，影响切割质量。

采用圆弧引入的方式，有效避免了圆弧的过烧，使内圆孔光滑平整，提高零件内圆孔切割质量。使用与内圆孔相切的弧线引入，形成平滑的过渡，引出时与引入起割点留出间隙并且也以圆弧平滑引出。

1.3 叠板切割工艺

叠板切割是把数张乃至数十张厚度不大的钢板叠放成一摞进行同形零件的切割方法。特别适用于厚度1-5mm薄板加工零件。每张板表面应平整、清洁，叠放时板与板之间必须紧贴，一般间隙不应超过0.5mm。一般可进行机械压紧和使用焊接固定叠板。

叠板切割可减少切割时间，提高生产效率。单张板之间间隙小于0.1mm时，可获得无渣切割边。板间摩擦力限制了切割过程中的热變形，能割出精度较高部件。气体消耗量、电能消耗量大为降低，显著节约了能源、耗材，降低生产成本。

1.4 多枪切割工艺

多枪切割为一种常用的切割方式，这种切割方式在机械行业大量地使用，主要是在1张或多张钢板上使用2个或多个割枪同时进行相同零件的切割。优点是能够同时切割多个零件，提升切割效率[2]。

多枪切割为变割距多枪切割，即前后使用的割枪个数不一，前方使用2个割枪切割，后方变为3个割枪，以此来达到更高的套料切割效率。

1.5 留割工艺

在零件内轮廓切割过程中，会存在内轮廓至外轮廓间的实际尺寸与理论尺寸不相符的问题。这是因为内轮廓中零件切割使得热量积聚，再进行内轮廓切割时热量增大。切割零件上方外轮廓时，受热量影响进一步增大，且此时内轮廓中已无支点支撑，外轮廓受热向内挤压，零件发生变形。针对这种情况，可采用添加留割工艺的方法解决。

留割工艺（微连工艺）是指在切割零件轮廓的时候跳过一小段轮廓不切割，在切割完零件完整轮廓的时候留下一些缺口与钢板相连，这种工艺能够将零件保留在钢板上不至掉下，可以起到防热变形的作用。厚度较小、长宽比较大的零件在切割作业中很容易因钢板的内应力变化而切割变形，微小的零件损伤与变形带来的损失相比基本忽略不计，故留割工艺被广泛地应用于该种零件的切割中。

2 结语

通过数字化套料软件及特殊切割工艺的应用，大幅的提升了钢板的切割效率及原材料的利用率，降低了工人的劳动强度，大大提升了下料的效率和质量，切实有效的将降本增效落到实处，对于铁路货车行业具有一定的借鉴意义和推广意义。

参考文献

[1]宋韬惠. 通过多种工艺的混合应用提升火焰切割作业效率的方法[J]. 煤矿机械， 2019，（02）：82-85.

[2]王荣辉. 提高板材切割质量和效率的方法[J].切割技术，2016，（10）：37-39.

作者简介：邹文杰（1986-），男，高级工程师，主要从事冲压下料、成型及定额管理等方面的研究.