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)事先預發(fā)泡（一次發(fā)泡）、干燥、熟化處理后，由 EPS 板材 機自動將預發(fā)泡后的珠粒料送入模腔內(nèi)， 然后通入蒸汽加熱進行二次發(fā)泡， 保溫熔結成型， 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， 無法在相關行業(yè)得到推廣和廣泛應用?？赏ㄟ^熱熔絲切割的方式來批量生產(chǎn)承插式的 EPS 板材， 解決遇到的問題。但在切割過程中需要綜合控制物料在送料導軌上的運行速度， 電 熱熔絲切割時的行進速度、電熱熔絲通電時的電流大?。ㄟM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 板材切割的設備的發(fā)展現(xiàn)狀

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

2.1 EPS 板材片塊樣式切割設備

片塊樣式切割設備機械結構簡單， 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備

裝飾用線條類切割設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 于市場上的裝飾線條切割機沿用了普通龍門式切割機的結構，導致其切割效率較低。

2.3 EPS 板材仿照形狀類數(shù)控切割設備

仿照形狀類數(shù)控切割設備是為了歐式構件而專門設計的切割機械， 主要生產(chǎn) EPS 造型 的錐體、球體等三維異形， 市場需求量微乎其微。只能切割時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 板材注塑設備

實現(xiàn)了承插式 EPS 板材的生產(chǎn)， EPS 板材四個側(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)設備的價格昂貴， 且每種板材都需要 有一套單獨的模具， 使產(chǎn)品規(guī)格靈活性較低， 整套的生產(chǎn)設備費用將高達數(shù)十萬元乃至上 百萬元，導致生產(chǎn)出來的承插式板材價格居高不下，難以大規(guī)模推廣。

 圖  市場上的 EPS 板材切割機

03電熱切割絲技術的的國內(nèi)外研究現(xiàn)

3.1 電熱切割絲技術的國外研究現(xiàn)狀

目前 EPS 塑料的二維電熱切割造型技術已經(jīng)有了長足的發(fā)展和進步， 但是三維復雜造 型切切割技術還發(fā)展得不是十分完善。國外的很多科研機構和研發(fā)公司對電熱切割絲技術 的研究投入了大量的財力和人力， 但是取得的成果不是很多。黎巴嫩美洲大學的五軸聯(lián)動 機器人切割系統(tǒng)(Mode1Angelo) ，不需要進項分層切割的操作過程，就直可接加工出相 應的三維造型。韓國先進科學技術研究所研發(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， 利用計算機進行方向和脈沖的控制， 切割出不同位置關系 的輪廓， 最后將切割好的實體拼裝成需要的實體。這兩個系統(tǒng)均沒有進入實際生產(chǎn)， 進入 市場，只是在實驗室進行了實驗和驗證。美國 Croma 公司、Hotwire Direct 公司和波蘭 的 MEGAPLOT公司的數(shù)字化加工 EPS 制品實現(xiàn)了二維加工， 并制成了商品， 但仍存在設備 結構復雜、價格昂貴，不能完成真實三維形狀的快速加工等問題。Jouaneh 等科研人員 研究了五軸門式機器人加工系統(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， 完成對聚苯乙稀泡沫塑料模三維形狀的簡單切割造型， 這種技 術對于三維結構表面的加工能力受限于電熱切割絲模具的幾何外形， 致使一些復雜造型切 割無法完成。Broek 等科研人員對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思想， 但是這種技術需要非常復雜的算法和程式， 模具 形狀的修正需要很高難度， 設備成本高昂和復雜加工的能力較差是目前這項技術僅停留在 實驗室階段的瓶頸的關鍵因素。

3.2 電熱切割絲發(fā)展的國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)對于電熱絲切割技術的研究獲得了一定的進展。一些企業(yè)中已經(jīng)有電熱絲切割機 的成品面向市場出售， 一些先進設備利用了數(shù)字控制技術， 對二維平面圖形進行加工， 但 對三維加工仍然存在困難。如泊頭市明澤數(shù)控機械廠的數(shù)控全自動 EPS 線條電熱絲切割機，使用計算機控制，可加工 CAD 圖形或字體的 3B 代碼，僅可以實現(xiàn)二維加工，但仍需 要手動方式控制電熱切割絲的溫度。國內(nèi)大專院校對于電熱切割絲技術的研究也開展的比 較普遍。例如： 中國礦業(yè)大學研究了低成本 EPS 盲孔仿形切割系統(tǒng)， 通過將仿形電熱切割 絲壓彎成不同的形狀，實現(xiàn)了將聚苯乙稀加工成某些特定形狀盲孔，還通過正反向轉(zhuǎn)動、 二維移動仿形熱絲實現(xiàn)復雜盲孔 的造型加工。西安建筑科技大學研究了電熱絲切割的穩(wěn) 定溫度場， 由硬件電路實時測量與控制電熱切割絲與 EPS 板材切割時的接觸溫度， 最終加 工出來的表面平整度高， 外形尺寸準確、造型樣式美觀； 切割機三維運動可采用 MACH3 數(shù) 控軟件進行控制。深圳職業(yè)技術學院對車床式泡沫塑料切割裝置有進一步的研究， 仿照 普通車床的加工方式對電熱絲切割機進行改造， 為其添加了卡盤鎖緊機構， 并添加尺寸定 位裝置和走刀量控制機構， 使得在切割過程中可以按設定的尺寸準確加工， 產(chǎn)品表面平滑。 為了方便切割不同結構的泡沫制品， 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， 同時對泡沫切割絲支承結構和引電結構設計進行了比較完備的研究。

結合國內(nèi)外現(xiàn)狀，目前對電熱切割絲的研究仍主要停留在二維加工的水平，不能對 EPS 板材進行 6 面較復雜的加工，缺少對于 EPS 板材切割的行進部分、溫度控制部分的綜合調(diào)控的研究， 無法確保 EPS 板材的切口質(zhì)量（表面光潔度） 達到要求。同時， 電熱切割 絲切割前和切割過程中的張緊度的控制對于整個 EPS 板材的切割的質(zhì)量也起著十分關鍵 的作用。因此， 研究一套針對于 EPS 板材綜合控制行進部分、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主流設備比較

針對承插式板材的特點， 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 費用及昂貴的快速成型機械費用（每套模具達 30 萬元以上），降低其生產(chǎn)成本約 67%。 省去承插式 EPS 板材冷卻成型的時間，提高效率 3 倍以上。

與市場現(xiàn)有數(shù)控 EPS 板材切割機相比， 高精高效， 廢品率低， 低功耗。通過電熱切割 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 STM32 綜合控制電熱切割絲溫度部分和行進控制部分，避免了在棱角處的過切， 提高了切割效率， 為精密切割提供了技術保障， 同時也避免了因切割時溫度過高而引起火 災；通過對切割絲狀態(tài)的智能感知，當切割絲中斷時，暫停工作、發(fā)出告警，原路返回， 待修復后繼續(xù)工作，從而降低廢品率；安裝 50 根切割絲時，最大功耗為 17.6kW，而市場 上安裝同等數(shù)量切割絲的數(shù)控切割機功耗高達 32kW， 節(jié)省功耗 14.4kW,實現(xiàn)了大幅度降低 功耗的目的。通過調(diào)查國內(nèi) 35 家機械制造企業(yè)，把市面上現(xiàn)有的 EPS 板材造型設備與新 研究的系統(tǒng)進行比較，見表。

05頭部企業(yè)

近年來，日鋼集團堅持創(chuàng)造性轉(zhuǎn)化、創(chuàng)新性發(fā)展，深入推動生產(chǎn)裝備大型化、現(xiàn)代化、智能化改造，引進被譽為鋼鐵工業(yè)第三次技術革命的ESP熱軋帶鋼生產(chǎn)技術，憑借自身強大的研發(fā)、設計和制造能力，進行二次開發(fā)、集成創(chuàng)新，成為世界上第二家、我國第一家全面掌握無頭軋制核心關鍵技術并擁有多項自主知識產(chǎn)權的鋼鐵企業(yè)和鋼鐵行業(yè)集成創(chuàng)新的典范。

ESP無頭軋制技術之所以能夠從歐洲漂洋過海扎根中國，并且在世界舞臺“先聲奪人”，源于日鋼集團善于在危機中育新機，主動求變、銳意革新的勇氣。2015年鋼鐵行業(yè)市場低迷，產(chǎn)品一度賣到“白菜價”，日鋼集團牢牢抓住供給側(cè)結構性改革主線不動搖，搭乘動能轉(zhuǎn)換東風，斥資330億元在國內(nèi)率先引進4條ESP生產(chǎn)線。

“由普通產(chǎn)線1000米的長度縮短至193米，把常規(guī)熱軋3小時的生產(chǎn)周期縮短至7分鐘。”ESP制造部部長喻堯告訴記者，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97％-98％；效益較傳統(tǒng)薄規(guī)格鋼增值6％-13％，低合金高強度鋼可增值16％-24％。

目前，日鋼集團擁有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)模應用于汽車、機械、電力工程、門業(yè)等行業(yè)，“以熱代冷”、結構輕量化、節(jié)能減排成效突出，對綠色制造、脫碳減排作出了積極貢獻。ESP產(chǎn)品還創(chuàng)造了全球最薄熱軋帶鋼新紀錄，獲得了中冶綠色產(chǎn)品認證，被列入山東省第一批重點新產(chǎn)品（技術）推廣目錄、山東省制造業(yè)單項冠軍產(chǎn)品，被工信部列入工業(yè)強基工程輕量化精密成形件產(chǎn)業(yè)鏈示范項目。

06未來趨勢

ESP板材切割設備的未來發(fā)展方向體現(xiàn)在幾個核心領域：智能化、精準化、高效能化和環(huán)境友好型技術的進一步集成與優(yōu)化。隨著制造業(yè)對精度和效率要求的持續(xù)提升，以及全球?qū)Νh(huán)境保護和節(jié)能減排的加強，未來的ESP板材切割設備必將向著更加智能化的方向發(fā)展，包括更高級的自動控制系統(tǒng)、實時監(jiān)測和維護機制，以及通過人工智能和機器學習技術優(yōu)化切割路徑和提升設備使用效率。此外，精準化技術的發(fā)展將進一步提高切割精度和表面質(zhì)量，滿足更為復雜和精細的設計需求。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板材切割技術更加經(jīng)濟實用，拓寬其應用范圍。環(huán)境友好型技術的應用將進一步減少生產(chǎn)過程中的廢物和排放，符合綠色制造和可持續(xù)發(fā)展的要求。綜上所述，未來ESP板材切割設備的發(fā)展將是一個多方位、綜合性的技術進步過程，旨在提供更高效、精準且環(huán)境友好的切割解決方案。

參考文獻：

[1] 郭洪宇.智能EPS板材切割調(diào)控系統(tǒng)的研究[D].吉林農(nóng)業(yè)大學,2016.

[2] 冶金信息網(wǎng)

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