液压剪切机毕业论文Word文档下载推荐.docx
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摘要I
AbstractII
目录III
第一章 引言1
1.1课题的背景和意义1
1.2剪切机的发展及现状2
剪切机的分类2
国内研究现状4
第二章 总体设计计算6
2.1现有剪切机结构原理及存在问题6
2.2设计要求9
2.3液压剪切机的总体设计10
2.4液压剪切机的主要参数计算10
剪切力的计算10
剪刃长度的确定12
剪切次数的确定13
第三章零部件结构设计计算14
3.1摆臂的设计计算及强度校核14
3.2主轴系统设计16
16
17
3.3机架的设计18
3.4靠板系统设计19
3.5油缸系统设计20
3.6进料及剪切系统设计22
3.7液压系统设计23
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25
26
28
结论32
参考文献33
致谢34
第一章引言
1.1课题的背景和意义
剪切机是随着工业自动化进程的深入而得到越来越广泛的应用。
近二十年来，国内的轧钢生产得到了长足的发展，由于市场对产品不断提出新的要求，生产厂对各种剪切机的要求也在不断的变化。
在钢板弹簧的生产工艺中，钢板剪切下料是关键工序之一，因此，下料机是其重要的板簧设备。
过去的下料设备一般采用圆棒剪切机、机械鳄鱼剪床等，都是采用皮带轮、齿轮传动，噪音大，占地面积大，节拍固定，灵活性差。
因此，需要开发一种新形式的液压剪床，以适应国内外市场的需求。
精密加工是现代机械加工发展的方向之一，它对毛坯的体积（重量）误差，断面形状及其他几何参数提出越来越高的要求，而现在的下料方法普遍存在能耗高、效率低、材料消耗大和下料质量差等问题。
板料高速剪切机是一种新型的剪切下料设备，它采用液压系统驱动，实现高速剪切；
板料高速剪切机的液压系统，是保证板料高速剪切机实现动作循环和决定其性能优劣的核心环节。
板料高速剪切机要求液压系统工作可靠、响应灵敏度高，具有广阔的市场前景。
因此，针对旧式剪切机的上述缺点，展开对液压系统剪切机的研究是符合市场需要的
1.2剪切机的发展及现状
剪切机的分类
剪切机的种类很多。
对剪切机的分类，从不同的角度出发，有不同的分法。
按剪切方式可分为横剪和纵剪；
按被剪切钢板的温度分为热剪和冷剪；
按剪切机的驱动方式分为机械剪、液压剪和气动剪;
按机架的形式分为开式剪和闭式剪；
按剪切钢板的品种又分为钢坯剪切机、钢板剪切机、型钢剪切机和切管机等。
通常，按剪切机的剪刃形状与配置等特点可分为平行刃剪切机（见图1.1、斜刃剪切机（见图1.2和圆盘剪切机（见图1.3。
下面按剪切机的剪刃形状的分类对三种结构分别进行介绍:
图1-1平行刃剪切机图1-2斜刃剪切机图1-3圆盘剪切机
（1）平行刃剪切机
平行刃剪切机的两个剪刃是彼此平行的，它通常用来在热态下横向剪切方形及矩形断面的钢坯。
也可用来冷剪型材，将刀片做成成型剪刃来剪切非矩形断面的钢板。
平行刃剪切机按剪切机构的运动特点，分为上切式和下切式两种型式。
上切式剪切机的下剪刃是固定的，由上剪刃的上下运动进行剪切。
其剪切机构通常采用曲柄连杆机构。
下切式剪切机的两个剪刃都运动，剪切过程是通过下剪刃上升来实现剪切的，其剪切机构通常有偏心轴式和浮动式。
平行刃剪切机，在工作时能承受的最大剪切力是它的主要参数，故人们习惯上以最大剪切力来命名。
（2）斜刃剪切机
斜刃剪切机的一个剪刃相对另一个剪刃成某一角度放置。
斜刃剪切机按剪切机构的运动特点也可分为上切式、下切式和复合式等。
①上切式斜刃剪:
这种剪切机的下剪刃平直而固定，上剪刃是倾斜的并上下运动实现剪切。
上切式斜刃剪通常是作为单独设备，用来剪切宽的板材，当板材厚度大于20mm时，可用在连续作业线上横切板材，但要有摆动辊道，另外，当板材厚度大于25mm不能用圆盘剪切边时，在连续作业线上的两边设置上切式斜刃剪进行切边。
②下切式斜刃剪:
这种剪切机的上剪刃是固定的，由下剪刃上下运动进行剪切。
由于它是下剪刃向上运动进行剪切，故不需要设置摆动辊道，一般多用于连续作业线上横切带材。
这种剪刃机的剪刃通常上剪刃是倾斜的，下剪刃是水平的。
但近来采用上剪刃是水平的，下剪刃是倾斜的愈来愈多，生产经验证明，这种型式能够保证钢板的剪切面相对带材中心线及表面垂直度。
其缺点是由于压板要放在下面而造成结构复杂化。
③复合式斜刃剪:
在连续式作业线上的尾部，为了将原来焊接起来的长带材分成一定重量的卷材，设有复合式斜刃剪切机。
这种剪中间有固定的双刃刀架，上下有活动刀架，也称上下双层斜刃剪切机。
当带材通过固定双刃刀架上部，带材由一台卷取机卷取。
当需要分卷时，上活动刀架下降切断带材，后面的带材通过固定双刃刀架下部，由另一台卷取机卷取。
（3）圆盘式剪切机
这种剪切机的上下剪刃是圆盘状的。
剪切时，圆盘刀以相等于钢板的运动速度做圆周运动，形成了一对无端点的剪刃。
圆盘剪通常设置在板材或带材的剪切线上，用来纵向剪切运动的板材或带材。
值得注意的还有塑性力学Durkcer公设的提出者Ducrker等力学家的工作。
技术工艺是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。
随着国内液压剪切机市场的迅猛发展，与之相关的核心生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。
了解国内外液压剪切机生产核心技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势，对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。
丁时锋等人[1]针对板料剪切生产线采用人工控制，定长过程耗时过多，钢板长度尺寸不一致，同时剪切过程总是简单的重复劳动，工人劳动强度大等问题，改为继电器接触器控制，但控制柜接线复杂，使用维护不便。
为了解决剪切过程中的板料定长问题，减少加工工时，提高生产效率，同时为了提高生产的自动化程度，并保证生产的稳定，对原系统进行了改造，设计了一种基于PLC的板料液压剪切机系统。
该系统工作性能稳定，完全解决了剪切过程中板料的定长问题，提高了生产线的自动化程度，并切实提高了生产线的生产效率。
在棒料剪切机液压系统的研究方面，杜诗文等人[2]应用液压大系统建模方法建立了数学模型，构建了仿真模型，对棒料高速剪切机液压系统动态特性进行了建模与仿真研究。
实践表明：
采用液气联合驱动、径向夹紧的棒料高速剪切机，生产效率高，棒料剪切断面质量得到显著提高。
仿真结果表明：
液压系统具有良好的动态特性，液压大系统建模方法与理论可广泛应用于液压系统动态特性分析
为了解决精轧生产线取料问题，梁春光等人[3]通过对剪切及剪应力的分析，同时根据液压剪的工作原理，进行了HC520-3新型液压剪主要几何尺寸及其结构参数的设计。
实验结果证明：
该液压剪能快速剪切Φ20mm以下的铬不锈钢以及合金钢等，不但保证了轧材的表面质量，还保护了设备，且经济效益显著。
液压剪切机构的设计有两种方案，一种是主剪切驱动缸安置在机架的一侧，而且是只有一个主液压缸。
当液压缸产生向外的推力后，利用杠杆关系将推力进行放大，并转换成向下的推力，然后推动上刀架向下运动进行剪切，美国的PCO中板厂就是采用的这种剪切机构。
另一种是采用两个主剪切驱动缸直接安装在机架的顶部，推动上刀架两端向下运动进行剪切。
第二种剪切机构是一种新型式，也是第一次采用。
两种方案都是可行的，但比较而言，采用第一种机构，其液压系统设计相对于第二种机构要小得多，而且单一的主缸产生推力比起第二种方案需两缸同步产生的推力来讲，控制要简单得多，需用的液压油量也相对较少，仅液压系统就能省下不少的投资；
另外，由于主缸放置在机架的侧面，避免了向上热气流的直接烘烤，对主驱动缸的保护有一定的好处[4]。
第二章总体设计计算
2.1现有剪切机结构原理及存在问题
通过生产实践和科学实验证实:
剪切过程是由压入变形和剪切滑移两个阶段组成，剪切过程的实质是金属塑性变形的过程。
如图1.1所示，当上剪刃下移与钢板接触后，剪刃便开始压入钢板，由于P力在开始阶段比较小，在钢板剪切断面上产生的剪切力小于钢板本身的抗剪能力，因此钢板只能发生局部塑性变形，故这一阶段称为压入变形阶段。
随着上剪刃下移量增加，钢板压入变形增大，力P也不断增加。
当剪刃压入到一定深度，即力P增加到一定值时，钢板的局部压入变形阻力与剪切断面的剪切力达到相等，剪切过程处于由压入变形阶断过渡。
到剪切滑移阶段的临界状态。
当剪切力大于钢板本身的抗剪能力时，钢板沿着剪切面产生相对滑移，开始了真正的剪切，这一阶段被称为剪切滑移阶段。
在剪切滑移阶段，由于剪切断面不断变小，剪切应力也不断变小，直至钢板的整个断面被剪断为止，完成一个剪切过程。
下面分析一下剪切过程中作用力的变化。
为了便于分析，应该忽略剪刃与钢板之间的摩擦力、剪刃的间隙、钢板的重量以及其它因素。
由图2-1看出，当剪刃压入钢板后，上下剪刃对钢板的压力P形成一力偶Pa,此力矩使钢板转动，但在钢板转动过程中，将遇到剪刃侧面的阻挡，即剪刃侧面给钢板以侧推力T，则上下剪刃的侧推力又构成另一力偶Tc，力图阻止钢板转动。
随着刀片的逐渐压入，钢板转动角度不断增大，当转过一个角度Y后便停止转动，此时两个力矩平衡，即
图2-1剪切原理图
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