关键词：钢板套裁 钢板利用率 定额 效益
1 单个零件下料套裁
如图一所示，这是60万低压缸中的一个零件，在整个低压缸中共需要4件这样的零件，它的材料为Q235-B，厚度为δ=165mm，单件净重为505kg。
一般我们给的是单件下料，下料尺寸（见图二）。材料利用率则为：
毛坯重量=厚（mm）×长（m）×宽（m）×密度（7.85）×件数=8543.7kg
定额重量=毛坯重量×1.1=9398.1kg
材料利用率=零件净重÷定额重量=（2020÷9398.1）×100%=22%
从上表可看出，钢板利用率提高了10%左右。
2 机组套料
机组套料则使用SigmaNEST全自动套料软件，它是目前世界上顶端的套料软件，具有强大的套料算法，我们主要取其套料效率和材料利用率上。
使用SigmaNEST全自动套料软件首先绘制完成零件的下料图形，把具有同一材质、厚度的零件程序导入SigmaNEST软件，选择相应钢板，设置排料参数，软件将自动进行排料。排料后可模拟火焰切割检验行走路径是否正确，后处理所有钢板生成NC程序也即为实际火焰切割时喷嘴行走的路径,之后即可进行套料报表的生成。通过报表可以看到参与套料的所有物料的物料号、套料数量、零件重量、零件名称及路线等物料信息；也可看到套料所使用的钢板规格、材质，同时在报表中央区域列出了参与套料物料的排料信息切割路径，可形象地展示其在钢板上的分布位置。尤其表中示出了钢板一次利用率和实际利用率，前者为套料零件重量占整个钢板重量的比率，后者为套料零件重量占所用区域钢板重量的比率。
3 影响钢板利用率的因素
3.1工艺方案
由单个零件下料套裁可以看出，零件的拼接方式对钢板利用率的提高极为有效。对于超出板幅的大零件（定制板除外）需通过拼焊才能保证零件顺利下料，而这种拼接方式则由工艺决定。同样对异形、环形零件在满足设计和质量要求前提下采取拼焊也可提高钢材利用率。通过对比拼焊产生的费用（包括拼焊的焊材、工时、无损检测费用等）和套料节省钢板材料费用，发现套料节约的钢板材料费是拼焊产生费用的3～10倍。因此在满足设计要求、能保证焊接质量前提下对大、异形零件下料也应优先考虑拼焊。
如图四所示，拼焊位置调整前后在钢板上的排料布置，采取拼焊后钢板余废料明显减少，材质为1603PC0-25的钢板在调整之前的利用率为68.9%，材料消耗为594吨，调整后其综合利用率达82%，材料消耗降至477吨。尤其是对核电这种结构尺寸大、模块数量多、可拼焊零件约占零件总数的1/3的机组效果更明显。
3.2 设计因素
在使用SigmaNEST全自动套料软件进行机组套料中发现：核电机组共使用了224种不同规格材质的钢板，30万使用了147种、60万使用了153种。以核电机组为例，224种材质-规格中一次利用率≤10%（其中也包括路线划分因素）的材质-规格超过60种，如果可以用类似的材质和规格代用，便可少采购钢板60张，以平均一张钢板3吨的重量计算即可减少采购钢材180吨，因此减少不同材质-规格钢板的数量不仅有利于降低钢板采购、管理压力，同时也提高了钢板的利用率。
3.3 采购板幅
在板材下料时，即使是套料物料等其他条件相同的情况下，不同的板幅也会得到不同的钢板利用率，尤其是对厚板的影响。以材料1604PD1-220(厚220mm)为例，通常情况下此厚板的来料板幅是2000×7000，按此板幅套料利用率为27.5%计算 ，此材料整台份消耗高达870吨，如果通过预套料计算与比较，调整优化后选择采购板幅为2400×6000，则其利用率可达到53.5% ，材料消耗从870吨降至448吨，减少近一半钢材。
3.4 生产单位划分
生产计划是分生产单位横向进行的，同时各个生产单位在安排生产计划时可能分散部套按周期来下料。
一般的，当多个部套一起投料时，会有大小、形状互补性较好的零件，他们之间构成相互嵌套的关系，如果部套划分的过多、过细就会消除这部分套料关系，那么将降低材料的利用率产生更多的废料和余料。通过模拟按生产计划划分部套进行套料，经过有关分类汇总与统计，发现按部套套料比按机组整体套料的利用率低3.4%～5.4%，随着部套分的越细、越多，其综合利用率会不断降低。因此，合理划分生产单位对提高钢板利用率也有一定作用。
4结论
1）从以上单个零件套裁和机组套料结果可以看出，这两种我们正在使用的方法的确可以大大提高板材利用率、降低成本。特别是对相同材质-规格钢板而言，排料零件相同时，软件预套料所用钢板重量约为定额重量60%～80%，并且随着套料零件种类、数量增加，这种作用会愈发明显；
2）而对于后面几种影响钢板利用率的因素，有的可以形成相应的技术和管理制度，在以后组织机组生产时我们可以使用相应的方法在生产过程中减少这些因素的影响。
参考文献
[1]金属材料消耗工艺定制编制重量计算手册 . 江苏省革命委员会机械工业局
[2]陈泽民 忻良昌主编 ．公差配合与技术测量 ．北京：机械工业出版社，1984年
论文作者:郭艳妮
论文发表刊物:《科技中国》2018年4期
论文发表时间:2018/8/10
标签：套料论文; 钢板论文; 利用率论文; 零件论文; 机组论文; 重量论文; 材料论文; 《科技中国》2018年4期论文;