16MN上切式剪切机机构设计1Word文件下载.docx
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剪切机是机床的一种，它采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。
剪切机适用于金属回收加工厂、报废汽车拆解场、冶炼铸造行业，对各种形状的型钢及各种金属材料进行冷态剪断、压制翻边，以及粉末状制品、塑料、玻璃钢、绝缘材料、橡胶的压制成型。
在轧制生产过程中，大断面钢锭和钢坯经过轧制后，其断面变小，长度增加。
为了满足后续工序和产品尺寸规格的要求，各种钢材生产工艺过程中必须有剪切工序，剪切机的用途就是用来剪切定尺切头、切尾、切边、切试样及切除轧件的局部缺陷等。
剪切机特点具有：
1、采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。
2、电机按需求采用可编程控制器。
3、液压系统采用先进的插装阀或滑阀系统控制，实行按钮集中操作的液压机。
4、其压力、速度和行程可根据工艺需要进行调节，并能完成压制成型和定型两种工艺方式。
5、安装不须底脚螺丝。
6、无电源的地方可用柴油机作动力
根据剪切机刀片形状、配置以及剪切方式。
剪切机可分为平行刀片剪切机、斜刀片剪切机、圆盘式剪切机和飞剪机。
根据剪切轧件时刀片的运动特点，平行刀片剪切机可分为上切式和下切式两大类。
其中活动连杆上切式剪切机具有操作速度快，实际剪切次数多，活连杆取代传统离合器，适应不同的剪切工况要求（如弯头轧件）等优点。
一、工作原理
1.1活动连杆上切式平行刀片剪切机工作原理
这种剪切机的特点是下刀片固定不动，上刀片是上下运动的。
剪切轧件的动作由上刀来完成，上切式平行刀片剪切机的剪切机构是由凸轮机构组成的，除了剪切机本身外，尚有定尺机、切头收集与输送装置等。
由于下刀固定不动，为使剪切工作顺利进行，剪切的轧件厚度大于30—60mm时，需在剪切机后装设摆动台或摆动辊道，其本身无驱动装置。
剪切时，上刀压着轧件下降，迫使摆动台也下降。
当剪切完毕，上刀上升时，摆动台在其平和装置作用下也回升至原始位置。
上切式平行刀片剪切机由于结构简单，广泛用来剪切中小型钢坯。
平行刀片剪切机一般都由电动机驱动，根据其工作制度，可分为启动工作制和连续工作制两种。
前者多半才用直流电动机，每剪切一次，电动机启动、制动一次，完成一次工作循环。
此种工作制度的剪切机，根据剪切钢坯厚度不同，可采用摆动循环工作方式，或采用圆周循环工作方式。
摆动循环工作方式可以减少剪切过程中刀台的空行程，从而提高了它的生产率。
在连续工作制的剪切机上，一般均采用带有飞轮装置的交流绕线式异步电动机，在传动系统中装有离合器。
电动机启动后就连续运转，每次剪切时，先将离合器合上，使传动系统带动剪切机构进行剪切。
剪切完了，将离合器打开，使剪切机构与传动系统脱离。
显然，在这种剪切机上，离合器的性能直接影响剪切机的运转及生产率。
二、剪切机结构参数
2.1刀片行程
H—它决定了该剪切机所能剪切钢坯的最大高度。
H=H1+j+q+s
H1=钢坯厚h+（50~75）mm
j——压板低于上刀的距离，j=5~50mm
q——下刀低于辊道的距离，q=5~20mm
s——上下刀刃的重合量，s=5~25mm
2.2、刀片尺寸
2.2.1刀片长——由被剪钢坯截面的最大宽度bmax确定；
l=（3~4）bmax小型方坯剪
l=（2~2.5）bmax大、中型方坯剪
l=bmax+（100~300）板坯剪
2.2.2刀片断面高h′与宽b′
h′=（0.65~1.5）h
b′=h/（2.5~3）
h——钢坯厚度
2.3剪切机的理论空行程次数
它表示了该剪切机的生产率，理论空行程次数越多，则生产率越高。
它受电机功率与剪切机的型式的限制。
具体数据见p259表8—2,剪切机剪切力从63吨——2500吨，其理论剪切次数从5~30次/分钟变化。
由于两次剪切之间需要有许多如定尺、运输等辅助工作要完成，实际剪切次数一般小于该数据。
三、力能参数计算
3.1剪切过程分析
实际剪切过程由两个阶段组成：
刀片压入阶段与金属滑移阶段。
如图，刀片压入后，上下刀受剪切力P与侧向力T，在剪切力P形成的力偶Pa作用下，轧件沿顺时针方向旋转γ角，由力的平衡：
a=x=0.5z/tgγ，c=h/cosγ-0.5z
Pa=Tc
当压入到一定深度z时，P力增大同时坯料实际的剪切断面变小，当实际断面上的剪应力达到剪切变形抗力时，轧件产生滑移，直至剪断。
假定刀片与金属接触面上压力均布且相等，设轧件宽为b,则有：
由以上关系消去P、a、c可以得出压入深度z与转角γ之间的关系：
z/h=2tgγ.sinγ≈2tg2γ或：
可知，压入深度z越大，则转角γ越大，而由式8-9，T=Ptgγ知，侧向力T也越大。
在剪切机上，为减少侧向力的值，一般均安装有压板将轧件压在下刃台上以减小γ角。
在无压板情况下，γ=10~20度，T=（0.18~0.35）P
在有压板情况下，γ=5~10度，T=（0.1~0.18）P
有压板后，剪切机的γ角减小，侧向力减小，既提高了剪切质量，又减少了设备磨损。
这时压板力为Q：
Q=（0.04~0.05）Pmax
由上面的假设可得出压入阶段的剪切力：
P=pbx=pb.0.5z/tgγ，p——平均压力
由（8-10）可得出
在滑移阶段，剪切力为：
τ——被剪金属断面的剪切变形阻力。
由上述公式可以看出，在压入阶段，剪切力P随压入深度z增加而增加；
在滑移阶段，P随z而减少。
剪切过程中的轧件的变形与剪切力之间的关系可以用右图表示。
在相对压入深度ε=ε0时，轧件被剪断。
ε0为轧件剪断时的相对压入深度，它与被剪金属的性质有关，金属塑性越好则其值越大。
3.2单位剪切阻力曲线与剪切力、剪切功
3.2.1、单位剪切阻力曲线（τ—ε曲线）
定义：
将金属剪切过程中任一瞬时的剪切力P，除以试件的原始断面积F，其商即单位剪切阻力。
由以上定义可知，单位剪切变形阻力并不是轧件的实际剪切应力，是一种名义应力。
将试件的相对压入深度与单位剪切变形阻力的关系绘成曲线，则称之为单位剪切阻力曲线（τ—ε曲线τ=f（ε））。
教材262-265所示为部份钢种的τ—ε曲线。
3.2.2最大剪切力Pmax
可按以下公式计算：
Pmax=KτmaxFmax（8-13）
K为考虑刀片磨钝、刀片间隙增大而使剪切力增大的系数。
根据不同的剪切机的剪切能力，K=1.1-1.3。
对于所剪材料无单位剪切阻力的实验数据时，可用以下公式计算最大剪切力：
Pmax=0.6KσtFmax（8-14）
式中σt为所对应温度下的抗拉强度极限。
近年来，采用弹塑性有限元法对剪切过程中的剪切力进行计算也取得了不少成果。
3.2.3、瞬时剪切力及其计算曲线
上面求出的是最大剪切力。
如果想要精确的确定电动机功率，则必须要求出剪切力P与曲柄转角α之间的关系P=f（α）。
为此必须知道剪切力与刀片压入深度之间的关系P=f（z）。
（或剪切力与相对压入深度间的关系P=f（ε））
瞬时剪切力可按以下公式算出：
Pi=kτiF0（8-15）
由于τ与刀片的压入深度z，相对压入深度ε有确定关系，所以根据上式可以确定剪切力P与z或ε的关系。
由以上关系作出的曲线即瞬时剪切力计算曲线。
3.2.4、剪切功
根据剪切功可以方便地确定剪切机所需电机功率。
剪切功可按下式计算：
a称之为单位剪切功，它等于单位剪阻力曲线所包围的面积。
其意义为剪切高度为1mm断面积为1mm2试件所需的剪切功。
某些材料的单位剪切功见教材表8-5、8-6及图8-8
3.3静力矩
3.3.1静力矩的组成
为了精确地计算剪机各传动部件的强度及电机功率，必须计算剪切机偏心轴上的静力矩。
它由以下三部份组成：
Mj=Mp+Mf+Mkon（8-23）
分别表示剪切力矩、摩擦力矩及空转力矩。
由于剪切机负荷较大，摩擦力矩不能简单地用效率考虑而要进行具体计算。
3.4电动机功率的预选
不带飞轮的剪切机预选电动机时，可按静力矩的大小直接选取：
带飞轮的剪切机预选电动机可按前面求出的静负荷图求出其平均值：
预选电动机的额定力矩：
Mer=（1.15—1.3）Mm
四、实例分析
活连杆上切式剪切机
这种类型的上切式剪切机典型实例是剪切能力为1.6MN的钢坯剪。
电机经减速机经二级减速后驱动曲轴使活动连杆上下摆动。
在不剪切时，上刀台由剪机顶部的汽缸提至最高位置，活连杆由汽缸向左拉至上刀台左侧的空凹槽内摆动。
在剪切时，上刀台下降，左汽缸将活连杆向右顶至上刀台右方高出的剪切位置，连杆在曲柄的带动下上下滑动将上下刀台之间的钢坯剪断。
完成剪切任务后，左汽缸再将连杆拉回左侧上刀的空槽内上下空摆动。
上刀台向上运动由向上的过平衡力实现，平衡重锤通过悬于剪机顶部的两个链轮及链条将上刀台吊起。
顶部汽缸用以实现上刀台的快速上下运动。
完成一次剪切后，等待下一次剪切。
五、参考资料
《轧钢机械》：
主编——邹家祥冶金工业出版社2005年第3版
《轧钢机械设备》主编——边金生冶金工业出版社2007年出版
《轧钢机械设计方法》主编——施东成冶金工业出版社1991年出版
《轧钢机械设计》主编——黄庆学冶金工业出版社2007年出版
《机械设计》主编——濮良贵高等教育出版社第八版
《机械设计手册》电子资料
《互换性与测量技术基础》主编——李军华中科技大学出版社
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