下刀盘偏置式金属纵切圆盘剪机

1.一种下刀盘偏置式金属纵切圆盘剪机下刀盘偏置量的确定方法，其特征是：通过设置合适的下刀盘偏置量，在剪切区域内，使得下刀盘最高点正好同上刀盘切入最大深度处对应的钢板下表面的竖向投影点重合，上刀盘切入最大深度即为金属剪切临界断裂相对切入深度，记为 ，由式 确定，此时，在既定上下刀盘最大重叠量的条件下，剪切变形区最小，且母板的下弯量最小，上刀盘的剪切力在竖向的分量达到最大，获得剪切断面质量最佳，记上下刀盘水平间距为 ，即下刀盘偏置量 由下面的综合函数确定：
其中 为设备能剪切钢板的最大厚度； 为刀盘半径，上下刀盘半径相同； 为待剪金属与Q235的延伸率比值； =0.05～0.1mm, 为待剪钢板温度； 为一对刀盘磨损至报废累计剪切面积平均值； 为一对刀盘已剪切断面面积累计量； 为材料延伸率。

下刀盘偏置式金属纵切圆盘剪机\n技术领域\n[0001] 本发明属于金属板剪切机械技术领域，具体涉及一种下刀盘偏置式金属板纵切圆盘剪机下刀盘偏置量的确定方法，为该型圆盘剪机的技术核心。\n背景技术\n[0002] 圆盘剪可以连续纵向滚切运动的钢板，具有效率高、结构简单、投资小等优点，而目前在用的圆盘剪普遍存在以下问题：\n[0003] ①剪切薄板、带钢时，容易翻边、卡钢；\n[0004] ②剪切厚板时，咬入困难、卡钢和剪切能力不足，钢板剪切断面镰刀弯、塌边、边浪、毛刺等现象严重。\n[0005] 刀盘完全对称的圆盘剪机，如图1中的（a）所示，即：上下刀盘的直径相等且中心在同一垂线上，解决剪切厚板难咬入的问题时，通常的做法是增大刀盘直径，如：剪切30mm厚的钢板时，刀盘直径 ，造成剪切力、扭矩、机架都增大，主传动电机功率也随之增大。但如果采用下刀盘偏置结构，如图1中的（b）所示，即：上下刀盘的直径相等，下刀盘向钢板入口侧偏移一定的距离，同样剪切30mm厚的钢板时，刀盘直径 即能满足咬入条件，相应的剪切力、扭矩、机架都减小，电机功率可减小20%左右。两种结构下，钢板咬入难易对比如图2中的（a）和（b）所示。\n[0006] 下刀盘偏移量对上下刀盘开口度、剪刃间隙、剪切力都有很大影响。适宜的下刀盘偏移量，可改变剪切过程中钢板的受力点，使得钢板下表面与下刀盘自然相切，剪切断面下边缘不会造成塌边及毛刺等现象，整个剪切过程能够充分发挥圆盘剪纯滚切的优势，从而能提高剪切质量，同时改善机架受力状态，提高剪切质量，且可在增大切边压弯量的同时保证适宜的弯曲度，使切边顺利进入碎边剪进行碎断，同时保证剪后的母板保持平直，平稳输出，不会发生叩头现象。所以根据具体的剪切工艺要求，选择合适的偏移量非常重要。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的是提供一种下刀盘偏置式金属板纵切圆盘剪机下刀盘偏置量的确定方法，为该型圆盘剪机的核心技术，可有效地解决目前圆盘剪存在的剪切质量缺陷，并可有效降低其剪切力继而减小扭矩、电机功率和整机设备重量。\n[0008] 本发明包括圆盘剪剪切过程中剪切区域的准确确定、剪切区域内金属临界断裂点的确定（即最大剪切力产生位置）、下刀盘最高点位置确定和下刀盘偏移量的确定。具体发明过程如下：\n[0009] 首先，确定圆盘剪剪切过程剪切区域面积。圆盘剪剪切过程中剪切面积稳定在某一个值。以开始咬入至出现切边断裂这个瞬间过程为例确定剪切区域面积，如图3所示，A、D点是钢板与上下刀盘开始接触点，B、C点在上下刀盘中心连线，且BC为上下刀盘间最窄距离，如果钢板通过此位置切边还没有与母板产生断裂，则将无法完成剪切。因此，由ABCD及上下刀盘与钢板接触圆弧所围成的区域即为剪切区域，该区域为曲边梯形。而现有的圆盘剪剪切理论中，将其剪切区域近似为等腰梯形，无形中放大了实际剪切区域的面积，如图\n4中 ，将会造成圆盘剪剪切力、主传动电机功率计算值偏大，机架结构和重量增大，不利于节能降耗生产和减重化制造。同时，由于实际剪切区域放大，在设备使用过程中还会出现剪刃间隙预定值与实际需求值不匹配，从而产生一系列剪切质量缺陷。\n[0010] 在剪切区域曲边梯形ABCD内，确定金属临界断裂点。通过对金属纵切圆盘剪机剪切过程进行有限元模拟、工业测试和剪后钢板断面外貌和组织分析，可知圆盘剪剪切过程：\n随着钢板的咬入受上下刀盘的挤压首先发生弹性变形，达到屈服极限后，开始塑性变形，随着剪切力的增大塑性变形扩大，受剪截面沿着刀盘边缘缩小，当塑性变形达到被剪金属的延伸率即上刀盘切入深度达到金属的相对切入量 时（受剪切力作用的钢板体现其塑性的主要指标为延伸率 ），塑性变形结束，达到断裂零界点，即图3中的E点，此时剪切力达到最大。上刀盘随着裂纹产生继续切入，裂纹向前扩展，从而达到剪切断裂，断裂后的废边沿着上刀盘下边缘继续向前运行至上刀盘最低点O点时，达到最大弯曲度，废边向下弯曲，如图5所示。因此，整个剪切区域ABCD界定剪切力作用结果如图3所示，其中AE段为弹塑变形区，EB段为裂纹扩展和废边弯曲区。\n[0011] 其次，确定下刀盘最高点位置。为了使剪切过程最省力，剪切力作用效果达到最佳，剪切断面质量达到最佳，则需要满足两个条件：一、剪切变形区越小越好，即由塑性变形到金属临界断裂点过程越短越好；二、上刀盘剪切力在竖向的分量越大越好。因此，通过设置适宜的下刀盘偏置量，使得下刀盘最高点正好同上刀盘切入最大深度处（如图3中的E点所示）对应的钢板下表面的竖向投影点（图3中的 点）重合，上刀盘切入最大深度即为金属剪切临界断裂相对切入深度，记为 ，由式 确定。此时，在既定上下刀盘最大重叠量的条件下，剪切变形区最小，且母板的下弯量最小（如图2中母板弯曲空间对比），上刀盘的剪切力在竖向的分量达到最大，获得剪切断面质量最佳。\n[0012] 最后，在上述三点的基础上确定下刀盘的偏移量。在进行下刀盘偏置式金属纵切圆盘剪机设计时，首先根据生产工艺要求，如：剪切钢板的最大厚度及其材质，确定刀盘直径和最大重叠量，从而确定最大咬入角 ，即 与 的夹角；钢板在剪切过程中的剪切区域面积以及剪切角 ，即 与 的夹角；上刀盘相对切入深度。即可由 和上刀盘相对切入深度值 确定下刀盘的偏置量 同其他参数的关系,即 , \n其中\n[0013] ， ， ，\n[0014] \n[0015] 即得到求解下刀盘的偏置量 的综合函数：\n[0016] （1）\n[0017] 偏置量函数中参数的意义如下：\n[0018] 为设备能剪切钢板的最大厚度； 为刀盘半径； 为剪切最大厚度钢板时对应的重叠量；为剪切 时对应的相对切入深度； 为待剪金属与Q235的延伸率比值； =0.05～0.1mm； 为待剪钢板温度； 为一对刀盘磨损至报废累计剪切面积平均值； 为一对刀盘已剪切断面面积累计量； 为材料延伸率。\n[0019] 本发明优点及积极效果：\n[0020] 1. 按照本发明确定下刀盘的偏置位置，可降低剪切力转矩和传动力矩，从而降低主传动电机功率30%以上，实现低能耗生产。同时可减小圆盘剪机架结构尺寸，降低设备重量；\n[0021] 2.改善了咬入条件，有利于咬入。尤其对于剪切厚板，采用偏置结构的圆盘剪可在不增大刀盘直径的情况下，实现理想剪切；\n[0022] 3. 钢板的剪切质量明显提高。适宜的偏置量使得钢板在剪切过程中，钢板下表面与下刀盘自然相切，母板弯曲变形空间小，可有效避免母板断口下边缘塌边及毛刺等剪切质量缺陷发生；\n[0023] 4.下刀盘向钢板入口侧偏移，使得上刀盘在增大切边压弯量的同时可保证废边适宜的弯曲度，使废边顺利进入溜槽由碎边剪进行碎断，且保证剪后的母板保持平直，平稳输出，不会发生叩头现象。\n附图说明\n[0024] 图1为圆盘剪采用刀盘对称结构和下刀盘偏置结构对比；\n[0025] 图2为圆盘剪采用刀盘对称结构和下刀盘偏置结构时，钢板咬入瞬间效果对比；\n[0026] 图3为下刀盘偏置结构圆盘剪剪切过程示意图\n[0027] ——为上刀盘圆心 ——为下刀盘圆心 R——刀盘直径[0028] ——咬入角 ——剪切角 ——剪切区域[0029] ——上刀盘最大剪切力作用点 ——下刀盘最高点作用点[0030] ——上下刀盘间最大负重叠量 ——上下刀盘中心间距[0031] ——下刀盘偏置量\n[0032] 图4为刀盘对称结构圆盘剪剪切示意图\n[0033] 图5为剪后切边弯曲效果示意图。\n具体实施方式\n[0034] 下刀盘偏置结构圆盘剪在设计开发过程，根据钢厂提供的工艺要求，如剪切钢板最大厚度30mm，钢板材质Q235。\n[0035] 即可确定：刀盘直径2R=1050mm，上下刀盘间最大负重叠量 =14.12mm，剪切\n30mmQ235时对应的相对切入深度 =9.375mm，剪切角 =6.38°。\n[0036] 则根据以上已知数据，由式（1）即可确定该圆盘剪下刀盘的偏置量 =116mm。

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