數控等離子切割機原理及發展簡史
發布時間:2013-12-17
數(shù)控等離(lí)子切割機原理及發展簡史
數控等(děng)離子切割機是實現精確切割與成型的一種重要(yào)手段,對等離子切割技術的發展源自二戰之前(qián),那時候(hòu)等離子切割機就已經在市場上有了較為廣泛的應用,整個等離子切(qiē)割技(jì)術的發(fā)展得益(yì)於當時現代工業(yè)的快速(sù)發展,特別(bié)是對重型金屬以及合金進行(háng)加工行業的(de)要求。眾所周知,日常活動所必需的工具及運輸載體的製(zhì)造都離不開金屬。例如,起重機、汽車、摩天大樓、機器人以及懸(xuán)索橋(qiáo)都(dōu)是由(yóu)精確加工成型的金屬零部件構(gòu)成的。原因很簡單:金屬材料非常堅固和耐久。對於大多數(shù)製造而言,特別是在滿足大型或堅固性方麵,金屬材料自然成為合理的選擇。
有趣的是金屬材料的堅固性同時也是它(tā)的缺點:由於金屬非(fēi)常不容易損(sǔn)壞,那麽要將其加(jiā)工(gōng)成特定的形狀就非(fēi)常困難。當人們需要加工一個大小和強度與飛機機翼一(yī)樣的部件時,如何實現精確(què)的切割與成型呢?絕大多(duō)數情(qíng)況(kuàng)下,這都需要求助於等離子(zǐ)切割機。
理論上講,一台等離子切割機的原理非常簡單。它是通過操(cāo)控(kòng)現(xiàn)知宇宙中最普遍的物質形態(tài)之一進行加工的。
二戰中(zhōng),美國的工廠生產裝甲、武(wǔ)器和飛機的速度比軸心國快5倍。這些都多虧了私營工業在大規模生(shēng)產領域所做的巨大革新。
如何更有效的切割和連接飛機的部件(jiàn)就引發了其中一部分技術革(gé)新。許(xǔ)多生產軍用飛機(jī)的工(gōng)廠采用了一(yī)種新的焊接方(fāng)法,該方法涉(shè)及到惰性氣體保護焊的使用。突破性的發(fā)現(xiàn)在(zài)於通過電流電解的氣體可以在焊接(jiē)點附近形成一道屏障,以防止氧化。該新方法使得焊縫更加整齊,連接結構的強度更堅(jiān)固。
二十(shí)世紀六十年(nián)代初,工程師們又有了新的(de)發現。他們發現加快氣流速度和縮小氣(qì)孔有助於提高(gāo)焊接溫度。新的係統可以得到(dào)比任何商用焊(hàn)機更高的溫度。事實上,在這樣的高溫下,此工具並不再起到焊接的(de)作用。相反,它更像是一把鋸(jù),切割堅韌的(de)金屬如同熱刀切黃(huáng)油一般。
等離子電弧的引入革命性地提高了切具的速度、準確性以及切割種類,並且可應用於各種金屬。等離子切割機可以很容易地穿透金屬還要歸功於等離子狀態的(de)獨特性質。那麽什麽是等離子狀態呢?
世界上的(de)物質一共有四(sì)種狀態(tài)。在我(wǒ)們日常生活中所接觸的物質大多是固態、液態或(huò)是氣態的。物質的狀(zhuàng)態由物質分子間的相互作(zuò)用決定。以水為例:
固態的(de)水就是冰。冰是由電中性的原子按六角晶格(gé)排列而成的固體。由於分子間的相互作用穩定,因此呈保(bǎo)持形(xíng)狀的固態。
液態的水就是(shì)可以飲用的狀態。分(fèn)子(zǐ)之間仍然保持(chí)著作用力,但相互之(zhī)間(jiān)以緩慢的速度移動。液體有(yǒu)固定的體積(jī),但沒有固定的形狀。液體(tǐ)的形狀根據盛(shèng)其器皿的形狀改變而改變。
氣態的水則為水蒸氣。水蒸氣(qì)中,分子高速運動,相互之間沒有聯係。由於分子之間沒有作用力,因此氣體沒有固(gù)定的形狀和體積。
當(dāng)氣體達到極高溫度時,就(jiù)進入了等離子態。能(néng)量開始使分子與分子之間徹底分離,原子開始結合。通常的原子由(yóu)原子核(參見原子理論)中的質子和中子,以及包圍在原子核周圍的電子組成。等離子態時,電子從原子中分離出來。一旦熱能使(shǐ)電子(zǐ)脫離了原子(zǐ),電子就開始(shǐ)了(le)高速的運動。電子帶負電,剩下的原子核帶正(zhèng)電。這些帶(dài)正電的原子核(hé)就稱為離(lí)子。
當高(gāo)速運動的電子撞擊到其他的電子或(huò)是離子時,將釋放出(chū)巨大的能量。正是這些能量(liàng)使等離子態有(yǒu)著特殊的性質,從而有了令人難(nán)以置信的切割能力。
等離子態常識宇宙中(zhōng)幾乎99%的物質是等離子態(tài)。由於其極高(gāo)的溫度,在地球上並不(bú)常見;但在類似太陽這樣(yàng)的(de)天體上是非常(cháng)常見的。地球上,閃電中具有這種(zhǒng)狀態。等離子切割(gē)機並不是(shì)唯一一種操控(kòng)等離子能量的(de)裝(zhuāng)置。霓虹燈、熒光燈和等離子顯示器(qì)等等,都是依靠(kào)等離子狀態工作(zuò)的。這些裝置應用的是“冷態”的等離子態。盡管冷態(tài)的等離(lí)子態不(bú)能用於切割金屬,但仍(réng)然有相當多應用。
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