樸花淑

[摘 要]利用滾切剪計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，自主開發(fā)設(shè)計(jì)滾切剪機(jī)構(gòu)，主要闡述了滾切剪的結(jié)構(gòu)特征及剪切原理；根據(jù)曲柄半徑、相位差、曲柄中心距及上刀架偏移量等對(duì)滾切質(zhì)量、力能參數(shù)的影響和主要結(jié)構(gòu)件的國內(nèi)外技術(shù)對(duì)比，對(duì)主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了參數(shù)制定分析和剪切力的計(jì)算。

[關(guān)鍵詞]滾切式定尺剪 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)特征及剪切原理 剪切力

中圖分類號(hào)：TH137.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）12-0396-01

1 前言

滾切式定尺剪以其剪切質(zhì)量好、剪切效率高、剪刃的磨損量小、剪刃行程短、剪切力峰值低等眾多優(yōu)點(diǎn)，逐步成為中厚板生產(chǎn)的主要剪切設(shè)備。隨著用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，鋼鐵企業(yè)對(duì)滾切式定尺剪的剪切質(zhì)量也有了越來越高的要求，相應(yīng)地對(duì)滾切式定尺剪的設(shè)計(jì)與制造也提出了更高的要求。

本文主要介紹了我公司給湘潭鋼鐵公司生產(chǎn)的6～50x4000mm滾切式定尺剪，主要闡述滾切式定尺剪的結(jié)構(gòu)特征和剪切原理，對(duì)主要結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了參數(shù)制定分析和剪切力的計(jì)算。

2 剪切原理

滾切式定尺剪的上刀架裝配中裝有半徑為R=72m弧形上剪刃，它通過兩臺(tái)主電機(jī)各自驅(qū)動(dòng)齒輪箱中的具有相同相位角和偏心半徑的兩個(gè)曲軸及上刀架中的兩個(gè)連桿帶動(dòng)下，并在控制桿的約束中，上剪刃沿一個(gè)水平基面從初始位置開始先剪切右端逐步剪切左端，實(shí)現(xiàn)理想的滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)中完成一次鋼板剪切，剪切終止后回到初始位置，等待下一次剪切。

滾切式定尺剪的設(shè)計(jì)過程中最關(guān)鍵是通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)正確地建立雙軸雙偏心滾切運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)學(xué)模型，使上下剪刃的重疊量整個(gè)剪切過程保持不變，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)優(yōu)化確定桿件尺寸即曲軸的中心距、偏心半徑和偏心相位角，上刀架偏移量等，使機(jī)構(gòu)在剪切過程處于合理的受力狀態(tài)，通過計(jì)算機(jī)模擬仿真上剪刃的運(yùn)動(dòng)軌跡，使上剪刃最低點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡接近于純滾切，以達(dá)到設(shè)備最優(yōu)化的目的。

3.結(jié)構(gòu)特征

滾切式定尺剪的主要部分包括機(jī)架裝配、前面板及壓板裝置、剪刃側(cè)隙調(diào)整、機(jī)架輥、導(dǎo)位裝置、上刀架裝配、下刀架裝配、主傳動(dòng)裝置、齒輪箱組成。

3.1.機(jī)架

左右機(jī)架為焊接閉式結(jié)構(gòu)，作為整個(gè)設(shè)備的主體。

3.2.主傳動(dòng)

齒輪箱由可分的上、中、下箱體，齒輪，齒輪軸，曲軸等組成。

3.3.上刀架及連桿

上刀架采用鑄鋼結(jié)構(gòu)，安裝在前面板和減速箱之間。上刀架由兩根連桿和兩根曲軸實(shí)現(xiàn)與減速箱相連結(jié)。

3.4.下刀架

下刀架結(jié)構(gòu)為鑄焊結(jié)構(gòu)，同樣下剪刃與下剪刃座用螺栓把合，并成為一體進(jìn)行安裝更換。

3.5. 剪刃側(cè)隙調(diào)整裝置

剪刃側(cè)隙是剪切質(zhì)量的最直接因素，不同材質(zhì)性能及厚度的鋼板， 必需在剪切開始前調(diào)整上剪刃與下剪刃之間的側(cè)隙。

3.6 壓板裝置

為防止鋼板在被剪切時(shí)發(fā)生竄動(dòng)。

4.主要結(jié)構(gòu)件的參數(shù)制定分析及剪切力的計(jì)算

4.1.主要結(jié)構(gòu)件的參數(shù)制定分析

（1） 技術(shù)參數(shù)

鋼板厚度：6～50mm鋼板寬度：1500～3800mm

鋼板強(qiáng)度極限：當(dāng)板厚≤40mm時(shí)，σb =1200N/mm2

當(dāng)板厚>40mm時(shí)，σb =750N/mm2

上下剪刃的重疊量s與剪切角α是根據(jù)剪切鋼板的厚度h，設(shè)定S為5mm，上剪刃圓弧的半徑R為72000mm，剪刃長度根據(jù)最大剪切板寬設(shè)定為4000mm。

由于弧形上剪刃配合固定平直的下剪刃進(jìn)行滾動(dòng)剪切，所以上剪刃相對(duì)剪切鋼板基本無滑動(dòng)，且剪切造成的劃傷、磨損小，上下剪刃的剪刃重疊量在整個(gè)剪切整個(gè)過程中始終保持不變，確保了剪切鋼板的平直度、端面不會(huì)發(fā)生彎曲變形等眾多性能。上下剪刃之間的開口度在上參考點(diǎn)位置時(shí)為板厚的三倍以上（設(shè)定為～200mm），使鋼板順利地通過上下剪刃。雖然滾切式定尺剪開口度較大，但總剪切行程卻比斜刃剪的剪切行程減小了很多，大大的減輕了設(shè)備重量。

（2） 剪切角的計(jì)算

α= arccos﹛[（R-h-s）/R]﹜

α= arccos﹛[（72000-50-5）/72000]﹜

α=2.24°

（3）主要結(jié)構(gòu)件的參數(shù)制定分析

通過滾切剪計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析，可以得出相位差和曲軸中心距及曲軸半徑對(duì)剪切質(zhì)量影響比較顯著，曲軸的半徑對(duì)板材剪切質(zhì)量影響沒有前兩個(gè)因素影響的那么顯著；適當(dāng)?shù)脑黾忧S半徑、相位角差及上刀架的偏移量都能夠降低剪切力最大值和傳動(dòng)力矩，其中曲軸半徑、相位角差影響較明顯，刀架的偏移量的影響較小，增加曲軸中心距會(huì)使剪切力最大值和傳動(dòng)力矩增大。因此制定曲軸半徑及中心距和相位角、上刀架偏移量等主要桿件的參數(shù)是根據(jù)綜合考慮剪切質(zhì)量、剪切力能參數(shù)及左右連桿在剪切過程中所承受的力，再加上對(duì)主要結(jié)構(gòu)件國內(nèi)外技術(shù)的對(duì)比，最終設(shè)定成曲軸的相位角差為55°，曲軸中心距為2400mm，曲軸偏心半徑為115mm，上刀架偏移量為30mm。

4.2.剪切力計(jì)算

滾切式定尺剪實(shí)質(zhì)就是將刀盤直徑很大的圓盤剪簡化為具有相同直徑的上剪刃，具有弧形半徑的上剪刃相對(duì)水平固定的下剪刃進(jìn)行近似理想工況下的純滾動(dòng)剪切運(yùn)動(dòng)。剪切過程的實(shí)質(zhì)是金屬塑性變形過程，最大剪切力則用來設(shè)計(jì)、校核剪切機(jī)構(gòu)的剛度及強(qiáng)度。

剪切力可按柯洛遼夫計(jì)算公式：

P=（k1 k2k3h？σb）/（2tgα）=﹙0.8×0.75×1.1×50 ？×750﹚/（2×tg2.24 ？）=15818（kN）

式中：k1——剪應(yīng)力與拉應(yīng)力之間的的轉(zhuǎn)換系數(shù) k1=0.8

k2——應(yīng)力應(yīng)變系數(shù)，σb =750N/mm2時(shí) k2=0.75

k3 ——剪刃變鈍系數(shù) k3=1.1

h——被剪鋼板厚度 mm

σb——鋼板材料的強(qiáng)度極限 MPa。

則：最大剪切力定為16000kN。

5.結(jié)論

設(shè)計(jì)一臺(tái)滾切式定尺剪，要綜合考慮影響剪切質(zhì)量及剪切力能參數(shù)的各種因數(shù)，還要考慮左右連桿在剪切過程中所承受的載荷最小而又均衡，使剪切機(jī)構(gòu)達(dá)到最合理的受力狀態(tài)，以達(dá)到設(shè)備結(jié)構(gòu)最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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