正交试验法优化精细等离子引入引出参数研究

董汉伟，赵洪波，于　丹，宋利锋

(三一重型装备有限公司，辽宁 沈阳 110027)

正交试验法优化精细等离子引入引出参数研究

董汉伟，赵洪波，于丹，宋利锋

(三一重型装备有限公司，辽宁 沈阳 110027)

摘要：针对精细等离子切割内孔时的引入引出点缺陷问题，以引入引出参数设置为切入点，设计正交试验并进行对比分析。确定引入圆弧半径为9 mm、引入角度为70°、引出圆弧半径为5 mm、引出角度为70°、间隙值为2 mm是优化参数组合，结果显示其可以明显改善引入引出点切割质量，将凹坑深度控制在<0.5 mm，解决了精细等离子切割引入引出点缺陷问题。

关键词：精细等离子；引入引出缺陷；正交试验；参数优化

精细等离子切割内孔时，容易发生引入引出位置运动方向的改变[1]，导致切割缺陷，产生凹坑，从而影响产品外观质量及性能[2]。分析认为，通过调整引入引出参数设置[3]，对目前所使用的引入引出参数进行优化，可以达到改善引入引出点切割质量的目的[4]。引入引出参数包括引入圆弧半径、引入角度、引出圆弧半径、引出角度和间隙值等[5]。

如果对每组参数的组合都通过切割试验来优化引入引出参数，则工作量较大，耗费大量人力物力，而采用正交试验法可以用较少的试验次数选出各因素的最优组合。本文以正交试验法为指导思路，通过设计正交试验并进行对比分析，寻找引入引出参数的最佳组合，以改善精细等离子引入引出位置的切割质量。

1试验准备

1.1正交试验设计

使用五因素四水平正交试验表L16(45)进行试验，共进行16次切割试验，试验参数见表1。其他试验参数相同并确定条件如下：切割材料为Q345B钢板，板厚为16 mm；切割电流为200 A；切割速度为1 800 mm/min，内孔直径为40 mm。

表1　试验参数表

1.2确定考核指标

一般引入引出位置的缺陷表现为凹坑，如图1所示。为了客观表征切割缺陷，以凹坑深度H为引入引出质量考核指标。

图1　引入引出缺陷

凹坑深度为理论圆弧边界与凹坑缺陷边界之间的距离，如图2所示。每组参数的凹坑深度取5次测量的平均值。

图2　凹坑深度示意图

2试验过程与分析

按表2参数进行16组切割试验。表2中H值为凹坑深度数据。

2.1综合影响值

计算各因素对凹坑深度的综合影响值Kij：

K11=1.16+0.64+0.85+1.11=3.76

K21=0.47+0.99+0.83+0.66=2.95

K31=0.84+0.69+0.87+0.66=3.06

K41=0.44+0.54+0.58+0.94=2.50

依次计算：K12～K42，K13～K43，K14～K44，K15～K45，并将计算结果填入表2。

2.2分析计算结果

找出各因素对凹坑深度影响的主次顺序，采用极差分析法，首先计算各因素对凹坑深度影响的极差Rj：

R1=3.76-2.50=1.26

R2=3.37-2.86=0.51

R3=3.96-2.35=1.61

R4=3.52-2.61=0.91

R5=3.25-2.94=0.31

将计算得到的Rj值填入表2的相应栏内，比较Rj值的大小可以看出各因素对凹坑深度影响的主次顺序为：C>A>D>B>E，即引出圆弧半径和引入圆弧半径对凹坑缺陷的影响较大，而间隙值的影响较小。

表2　试验参数及凹坑深度值

续表2

序号ABCDEH16441320.94K1j3.762.913.963.193.09—K2j2.952.862.352.613.25—K3j3.063.132.892.952.94—K4j2.503.373.073.522.99—Rj1.260.511.610.910.31—

2.3确定各因素的较优位级组合

从表2中各因素对凹坑深度的综合影响值可以看出，引入圆弧半径为9 mm时，切割工件的凹坑深度最小，即引入圆弧半径的最优值为A4(9 mm)；同理，可以得出各因素最优组合为A4B2C2D2E3，即引入圆弧半径为9 mm，引入角度为70°，引出圆弧半径为5 mm，引出角度为70°，间隙值为2 mm。

2.4实施验证

图3　改进参数切割试样

以最佳组合A4B2C2D2E3为引入引出参数进行验证试验，切割工件如图3所示，测得凹坑深度为0.4 mm，缺陷程度较小，优化效果显著。

3结语

通过引入正交试验法，对精细等离子切割引入引出参数进行了试验与评定，确定引入圆弧半径为9 mm、引入角度为70°、引出圆弧半径为5 mm、引出角度为70°、间隙值为2 mm为优化参数组合，其可以明显改善引入引出点切割质量，使凹坑深度控制在<0.5 mm，满足公司零件切割质量要求，解决了精细等离子切割引入引出点缺陷问题。

参考文献

[1] 杨素媛，潘文力．国内数控切割技术的研究与应用现状[J]．金属加工(热加工)，2010(8)：37-40.

[2] 陈洁，郑鹏．数控等离子切割技术及应用[J]．新技术新工艺，2009(2)：80-83.

[3] 孙凌翔，李劲松．数控等离子弧切割多参数的选择与优化控制[J]．电焊机，2011，41(2)：79-83.

[4] 江开平．空气等离子弧切割的质量提高及环境保护[J]．金属加工(热加工)，2012(14)：70-71.

[5] 李莉．基于数控切割技术的井下液压支架结构优化[J]．煤炭技术，2013(6)：28-29.

责任编辑李思文

Optimization of Cut-in Parameter for Precision Plasma by Orthogonal Experiment

DONG Hanwei, ZHAO Hongbo, YU Dan, SONG Lifeng

(Sany Heavy Equipment Co., Ltd, Shenyang 110027, China)

Abstract:Aimed at the cut-in defects of inner holes from precision plasma, orthogonal experiment about cut-in parameter was designed following with comprehensive analysis. The optimized cut-in parameters with cut-in radius of 9 mm, cut-in angle of 70°, cut-off radius of 5 mm, cut-off angle of 70° and gap distance of 2 mm were obtained, which brings significant improvement on cutting quality. The defects depths can be controlled under 0.5 mm, along with the solution of cut-in defects from precision plasma.

Key words：precision plasma, cut-in defects, orthogonal experiment, parameter optimization

收稿日期：2014-04-29

作者简介：董汉伟(1983-)，男，硕士，工艺工程师，主要从事焊接成型等方面的研究

中图分类号：TG 483

文献标志码：A