01 引言

EPS 板材的拼接主要分為直拼式和承插式兩種形式，相對(duì)于直拼式的拼接方式，承插 式拼接具有更好的牢固性和保溫效果，承插式板材三維圖示，見圖 。但由于承插式的 造型比較復(fù)雜，目前的生產(chǎn)工藝主要采用 EPS 板材注塑加工成型，EPS 板材注塑加工成型 是以可發(fā)性聚苯乙烯為原料經(jīng)事先預(yù)發(fā)泡（一次發(fā)泡）、干燥、熟化處理后，由 EPS 板材 機(jī)自動(dòng)將預(yù)發(fā)泡后的珠粒料送入模腔內(nèi)， 然后通入蒸汽加熱進(jìn)行二次發(fā)泡， 保溫熔結(jié)成型， 再經(jīng)排氣冷卻定形后，由頂出桿將制成品頂出模具 ，但制作成本較高、生產(chǎn)效率很低， 無(wú)法在相關(guān)行業(yè)得到推廣和廣泛應(yīng)用?？赏ㄟ^(guò)熱熔絲切割的方式來(lái)批量生產(chǎn)承插式的 EPS 板材， 解決遇到的問(wèn)題。但在切割過(guò)程中需要綜合控制物料在送料導(dǎo)軌上的運(yùn)行速度， 電 熱熔絲切割時(shí)的行進(jìn)速度、電熱熔絲通電時(shí)的電流大?。ㄟM(jìn)而控制溫度變化），電熱切割 絲的張緊度等因素，才能得到最好的切口質(zhì)量和成形效果。

圖  承插式泡沫板材三維圖示

02 EPS 板材切割的設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

目前市場(chǎng)上專門用于 EPS 板材造型切割的設(shè)備主要有片塊樣式切割機(jī)設(shè)備、裝飾用線 條類切割設(shè)備、仿照形狀類數(shù)控切割設(shè)備及相關(guān)的注塑設(shè)備等,見圖。

2.1 EPS 板材片塊樣式切割設(shè)備

片塊樣式切割設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 功能單一，精度低， 僅用于具有水平接口的塊狀板 材的切割。

2.2 EPS 板材裝飾用線條類切割設(shè)備

裝飾用線條類切割設(shè)備切割的主要型體為建筑檐線、腳線及板材的燕尾槽等型體， 由 于市場(chǎng)上的裝飾線條切割機(jī)沿用了普通龍門式切割機(jī)的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其切割效率較低。

2.3 EPS 板材仿照形狀類數(shù)控切割設(shè)備

仿照形狀類數(shù)控切割設(shè)備是為了歐式構(gòu)件而專門設(shè)計(jì)的切割機(jī)械， 主要生產(chǎn) EPS 造型 的錐體、球體等三維異形， 市場(chǎng)需求量微乎其微。只能切割時(shí)只能使用單根切割絲， 其加 工的效率不是很高。

2.4 承插式 EPS 板材注塑設(shè)備

實(shí)現(xiàn)了承插式 EPS 板材的生產(chǎn)， EPS 板材四個(gè)側(cè)面都具有承插接口， 板面具有燕尾槽， 有效防止建筑外墻保溫層出現(xiàn)開裂、空鼓、脫皮和內(nèi)墻面返潮、結(jié)霜等工程質(zhì)量通病， 極 大地提高了外保溫層的耐久性。但是注塑工藝的生產(chǎn)設(shè)備的價(jià)格昂貴， 且每種板材都需要 有一套單獨(dú)的模具， 使產(chǎn)品規(guī)格靈活性較低， 整套的生產(chǎn)設(shè)備費(fèi)用將高達(dá)數(shù)十萬(wàn)元乃至上 百萬(wàn)元，導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的承插式板材價(jià)格居高不下，難以大規(guī)模推廣。

 圖  市場(chǎng)上的 EPS 板材切割機(jī)

03電熱切割絲技術(shù)的的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)

3.1 電熱切割絲技術(shù)的國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前 EPS 塑料的二維電熱切割造型技術(shù)已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步， 但是三維復(fù)雜造 型切切割技術(shù)還發(fā)展得不是十分完善。國(guó)外的很多科研機(jī)構(gòu)和研發(fā)公司對(duì)電熱切割絲技術(shù) 的研究投入了大量的財(cái)力和人力， 但是取得的成果不是很多。黎巴嫩美洲大學(xué)的五軸聯(lián)動(dòng) 機(jī)器人切割系統(tǒng)(Mode1Angelo) ，不需要進(jìn)項(xiàng)分層切割的操作過(guò)程，就直可接加工出相 應(yīng)的三維造型。韓國(guó)先進(jìn)科學(xué)技術(shù)研究所研發(fā) 出了可改變層厚的快速成形系統(tǒng) (VLM-st) ，該系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)體的外形尺寸，首先切割出不同厚度的薄板，然后用可安裝 在不同角度位置的電熱切割絲， 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行方向和脈沖的控制， 切割出不同位置關(guān)系 的輪廓， 最后將切割好的實(shí)體拼裝成需要的實(shí)體。這兩個(gè)系統(tǒng)均沒有進(jìn)入實(shí)際生產(chǎn)， 進(jìn)入 市場(chǎng)，只是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證。美國(guó) Croma 公司、Hotwire Direct 公司和波蘭 的 MEGAPLOT公司的數(shù)字化加工 EPS 制品實(shí)現(xiàn)了二維加工， 并制成了商品， 但仍存在設(shè)備 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，不能完成真實(shí)三維形狀的快速加工等問(wèn)題。Jouaneh 等科研人員 研究了五軸門式機(jī)器人加工系統(tǒng)， 將幾種提前加工好的具有基本幾何外形的電熱切割絲的 模具組合成不同安裝方式， 完成對(duì)聚苯乙稀泡沫塑料模三維形狀的簡(jiǎn)單切割造型， 這種技 術(shù)對(duì)于三維結(jié)構(gòu)表面的加工能力受限于電熱切割絲模具的幾何外形， 致使一些復(fù)雜造型切 割無(wú)法完成。Broek 等科研人員對(duì)于制作大尺寸聚苯乙稀泡沫塑料模型，提出了修正柔 性模具形狀的厚層分層加工的相關(guān)思想， 但是這種技術(shù)需要非常復(fù)雜的算法和程式， 模具 形狀的修正需要很高難度， 設(shè)備成本高昂和復(fù)雜加工的能力較差是目前這項(xiàng)技術(shù)僅停留在 實(shí)驗(yàn)室階段的瓶頸的關(guān)鍵因素。

3.2 電熱切割絲發(fā)展的國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)于電熱絲切割技術(shù)的研究獲得了一定的進(jìn)展。一些企業(yè)中已經(jīng)有電熱絲切割機(jī) 的成品面向市場(chǎng)出售， 一些先進(jìn)設(shè)備利用了數(shù)字控制技術(shù)， 對(duì)二維平面圖形進(jìn)行加工， 但 對(duì)三維加工仍然存在困難。如泊頭市明澤數(shù)控機(jī)械廠的數(shù)控全自動(dòng) EPS 線條電熱絲切割機(jī)，使用計(jì)算機(jī)控制，可加工 CAD 圖形或字體的 3B 代碼，僅可以實(shí)現(xiàn)二維加工，但仍需 要手動(dòng)方式控制電熱切割絲的溫度。國(guó)內(nèi)大專院校對(duì)于電熱切割絲技術(shù)的研究也開展的比 較普遍。例如： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)研究了低成本 EPS 盲孔仿形切割系統(tǒng)， 通過(guò)將仿形電熱切割 絲壓彎成不同的形狀，實(shí)現(xiàn)了將聚苯乙稀加工成某些特定形狀盲孔，還通過(guò)正反向轉(zhuǎn)動(dòng)、 二維移動(dòng)仿形熱絲實(shí)現(xiàn)復(fù)雜盲孔 的造型加工。西安建筑科技大學(xué)研究了電熱絲切割的穩(wěn) 定溫度場(chǎng)， 由硬件電路實(shí)時(shí)測(cè)量與控制電熱切割絲與 EPS 板材切割時(shí)的接觸溫度， 最終加 工出來(lái)的表面平整度高， 外形尺寸準(zhǔn)確、造型樣式美觀； 切割機(jī)三維運(yùn)動(dòng)可采用 MACH3 數(shù) 控軟件進(jìn)行控制。深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院對(duì)車床式泡沫塑料切割裝置有進(jìn)一步的研究， 仿照 普通車床的加工方式對(duì)電熱絲切割機(jī)進(jìn)行改造， 為其添加了卡盤鎖緊機(jī)構(gòu)， 并添加尺寸定 位裝置和走刀量控制機(jī)構(gòu)， 使得在切割過(guò)程中可以按設(shè)定的尺寸準(zhǔn)確加工， 產(chǎn)品表面平滑。 為了方便切割不同結(jié)構(gòu)的泡沫制品， 為電熱切割絲添加了支架， 制成旋轉(zhuǎn)切割刀、平面切 割刀以及階梯孔切割刀， 同時(shí)對(duì)泡沫切割絲支承結(jié)構(gòu)和引電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較完備的研究。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，目前對(duì)電熱切割絲的研究仍主要停留在二維加工的水平，不能對(duì) EPS 板材進(jìn)行 6 面較復(fù)雜的加工，缺少對(duì)于 EPS 板材切割的行進(jìn)部分、溫度控制部分的綜合調(diào)控的研究， 無(wú)法確保 EPS 板材的切口質(zhì)量（表面光潔度） 達(dá)到要求。同時(shí)， 電熱切割 絲切割前和切割過(guò)程中的張緊度的控制對(duì)于整個(gè) EPS 板材的切割的質(zhì)量也起著十分關(guān)鍵 的作用。因此， 研究一套針對(duì)于 EPS 板材綜合控制行進(jìn)部分、溫度控制部分以及張緊度控 制部分的智能切割調(diào)控系統(tǒng)是十分必要的。

04主流設(shè)備比較

針對(duì)承插式板材的特點(diǎn)， 將承插式 EPS 板材的造型工藝由注塑轉(zhuǎn)為切割， 免去了模具 費(fèi)用及昂貴的快速成型機(jī)械費(fèi)用（每套模具達(dá) 30 萬(wàn)元以上），降低其生產(chǎn)成本約 67%。 省去承插式 EPS 板材冷卻成型的時(shí)間，提高效率 3 倍以上。

與市場(chǎng)現(xiàn)有數(shù)控 EPS 板材切割機(jī)相比， 高精高效， 廢品率低， 低功耗。通過(guò)電熱切割 絲張緊度及切割絲溫度調(diào)控系統(tǒng)， 大幅度提高了切割精度， 使其保證在 0.3mm 至 0.8mm 之 間；通過(guò) STM32 綜合控制電熱切割絲溫度部分和行進(jìn)控制部分，避免了在棱角處的過(guò)切， 提高了切割效率， 為精密切割提供了技術(shù)保障， 同時(shí)也避免了因切割時(shí)溫度過(guò)高而引起火 災(zāi)；通過(guò)對(duì)切割絲狀態(tài)的智能感知，當(dāng)切割絲中斷時(shí)，暫停工作、發(fā)出告警，原路返回， 待修復(fù)后繼續(xù)工作，從而降低廢品率；安裝 50 根切割絲時(shí)，最大功耗為 17.6kW，而市場(chǎng) 上安裝同等數(shù)量切割絲的數(shù)控切割機(jī)功耗高達(dá) 32kW， 節(jié)省功耗 14.4kW,實(shí)現(xiàn)了大幅度降低 功耗的目的。通過(guò)調(diào)查國(guó)內(nèi) 35 家機(jī)械制造企業(yè)，把市面上現(xiàn)有的 EPS 板材造型設(shè)備與新 研究的系統(tǒng)進(jìn)行比較，見表。

05頭部企業(yè)

近年來(lái)，日鋼集團(tuán)堅(jiān)持創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化、創(chuàng)新性發(fā)展，深入推動(dòng)生產(chǎn)裝備大型化、現(xiàn)代化、智能化改造，引進(jìn)被譽(yù)為鋼鐵工業(yè)第三次技術(shù)革命的ESP熱軋帶鋼生產(chǎn)技術(shù)，憑借自身強(qiáng)大的研發(fā)、設(shè)計(jì)和制造能力，進(jìn)行二次開發(fā)、集成創(chuàng)新，成為世界上第二家、我國(guó)第一家全面掌握無(wú)頭軋制核心關(guān)鍵技術(shù)并擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鋼鐵企業(yè)和鋼鐵行業(yè)集成創(chuàng)新的典范。

ESP無(wú)頭軋制技術(shù)之所以能夠從歐洲漂洋過(guò)海扎根中國(guó)，并且在世界舞臺(tái)“先聲奪人”，源于日鋼集團(tuán)善于在危機(jī)中育新機(jī)，主動(dòng)求變、銳意革新的勇氣。2015年鋼鐵行業(yè)市場(chǎng)低迷，產(chǎn)品一度賣到“白菜價(jià)”，日鋼集團(tuán)牢牢抓住供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革主線不動(dòng)搖，搭乘動(dòng)能轉(zhuǎn)換東風(fēng)，斥資330億元在國(guó)內(nèi)率先引進(jìn)4條ESP生產(chǎn)線。

“由普通產(chǎn)線1000米的長(zhǎng)度縮短至193米，把常規(guī)熱軋3小時(shí)的生產(chǎn)周期縮短至7分鐘?！?/span>ESP制造部部長(zhǎng)喻堯告訴記者，ESP生產(chǎn)線較傳統(tǒng)工藝節(jié)能50％-70％，節(jié)水60％-80％，省地2/3，成本降低40％，生產(chǎn)效率提高50％，從鋼水到熱軋卷成材率高達(dá)97％-98％；效益較傳統(tǒng)薄規(guī)格鋼增值6％-13％，低合金高強(qiáng)度鋼可增值16％-24％。

目前，日鋼集團(tuán)擁有5條ESP生產(chǎn)線，配備集平整、酸洗、鍍鋅于一體的9條配套延伸鏈，形成了全球極具規(guī)模的高質(zhì)量薄寬帶鋼短流程專業(yè)化生產(chǎn)基地，生產(chǎn)出的超薄超寬、高精度、性能均勻、低成本的系列產(chǎn)品，大規(guī)模應(yīng)用于汽車、機(jī)械、電力工程、門業(yè)等行業(yè)，“以熱代冷”、結(jié)構(gòu)輕量化、節(jié)能減排成效突出，對(duì)綠色制造、脫碳減排作出了積極貢獻(xiàn)。ESP產(chǎn)品還創(chuàng)造了全球最薄熱軋帶鋼新紀(jì)錄，獲得了中冶綠色產(chǎn)品認(rèn)證，被列入山東省第一批重點(diǎn)新產(chǎn)品（技術(shù)）推廣目錄、山東省制造業(yè)單項(xiàng)冠軍產(chǎn)品，被工信部列入工業(yè)強(qiáng)基工程輕量化精密成形件產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉俄?xiàng)目。

06未來(lái)趨勢(shì)

ESP板材切割設(shè)備的未來(lái)發(fā)展方向體現(xiàn)在幾個(gè)核心領(lǐng)域：智能化、精準(zhǔn)化、高效能化和環(huán)境友好型技術(shù)的進(jìn)一步集成與優(yōu)化。隨著制造業(yè)對(duì)精度和效率要求的持續(xù)提升，以及全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排的加強(qiáng)，未來(lái)的ESP板材切割設(shè)備必將向著更加智能化的方向發(fā)展，包括更高級(jí)的自動(dòng)控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和維護(hù)機(jī)制，以及通過(guò)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)優(yōu)化切割路徑和提升設(shè)備使用效率。此外，精準(zhǔn)化技術(shù)的發(fā)展將進(jìn)一步提高切割精度和表面質(zhì)量，滿足更為復(fù)雜和精細(xì)的設(shè)計(jì)需求。高效能化不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)效率的提升，還包括能耗的降低和生產(chǎn)成本的優(yōu)化，使得ESP板材切割技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用，拓寬其應(yīng)用范圍。環(huán)境友好型技術(shù)的應(yīng)用將進(jìn)一步減少生產(chǎn)過(guò)程中的廢物和排放，符合綠色制造和可持續(xù)發(fā)展的要求。綜上所述，未來(lái)ESP板材切割設(shè)備的發(fā)展將是一個(gè)多方位、綜合性的技術(shù)進(jìn)步過(guò)程，旨在提供更高效、精準(zhǔn)且環(huán)境友好的切割解決方案。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 冶金信息網(wǎng)

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