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        一種碎邊剪刀片的分析與加工①

        2016-09-23 08:42:05劉潘儒
        現(xiàn)代冶金 2016年4期
        關(guān)鍵詞:刃口圓弧刀片

        劉潘儒

        (常州寶菱重工機(jī)械有限公司, 江蘇 常州 213019)

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        一種碎邊剪刀片的分析與加工①

        劉潘儒

        (常州寶菱重工機(jī)械有限公司, 江蘇 常州213019)

        對(duì)一種碎邊剪刀片的四刃口曲線進(jìn)行了分析研究,將方程橢圓曲線簡(jiǎn)化成了圓弧,并結(jié)合刀片的使用工況,對(duì)簡(jiǎn)化形成的誤差進(jìn)行了計(jì)算分析,對(duì)比刀片的制作工藝,確定圓弧刀片的制作方法。

        碎邊剪; 刀片; 曲線方程; 曲率; 靠模

        引 言

        碎邊剪是將圓盤(pán)剪或者雙邊剪剪下的廢邊進(jìn)行分段剪切,以便收集運(yùn)輸?shù)郊羟袡C(jī)構(gòu)[1]。目前薄板、中板剪切線上的碎邊剪主要以滾筒式碎邊剪為主,裝于其上的刀片刃口也形式各異,但其刃口曲線基本都是圓柱面與平面斜交所形成的橢圓曲線[2]。由于當(dāng)初設(shè)計(jì)思路的局限以及加工方法的制約,刀片只有一條刃口,使用中,若該唯一可用的刃口有較大的磨損或者崩口,那么這個(gè)刀片就必須報(bào)廢。近年來(lái),日本三菱日立公司設(shè)計(jì)了一種四刃口碎邊剪刀片,提高了刀片的剪切量,在加工上也徹底否決了以往碎邊剪刀片的制造方法。但是,這種四刃口碎邊剪刀片的刃口曲線較復(fù)雜,其加工難度也隨之加大,對(duì)刀片的加工工藝、工人的加工技術(shù)提出了更高的要求。

        1 四刃口碎邊剪刀片的簡(jiǎn)介

        圖1就是日本三菱日立公司設(shè)計(jì)的四刃口碎邊剪刀片。它有四條完全相同的曲線刃口,刀片無(wú)需修磨,就可以使用四次。這種刀片一般用于剪切厚度1.5~6 mm,屈服強(qiáng)度小于320 MPa,抗拉強(qiáng)度小于440 MPa的碳鋼薄板。刀片材料的硬度要求為HS 72~74,常規(guī)選材:6CrW2Si或5Cr5WMoSiV。

        圖1 四刃口碎邊剪刀片

        2 四刃口碎邊剪刃口曲線的簡(jiǎn)化與誤差分析

        2.1四刃口碎邊剪刀片刃口曲線

        目前使用的四刃口碎邊剪刀片的刃口曲線均是橢圓的一部分,它是圓柱被一平面斜交所形成的曲線的一部分,其中圓柱的方程為X2+(Y-R)2=R2,斜的平面的方程為X=Ztanα,如圖2所示。

        (1)

        下刃口曲線與上刃口曲線關(guān)于X軸對(duì)稱,故下刃口曲線在平面上的方程為

        (2)

        由于可以建立不同的坐標(biāo)系,因此在形式上,上述方程會(huì)有所差異。

        圖2 圓柱及斜的平面的方程示意圖

        顯然,在實(shí)際生產(chǎn)中,上面的方程無(wú)論計(jì)算或加工上都比較繁瑣,其加工難度也較大。

        2.2刃口曲線方程的簡(jiǎn)化及其誤差計(jì)算和分析

        這種替代后會(huì)產(chǎn)生多大的誤差呢?從以上分析知,誤差大小主要與圓柱體的半徑R,刀片長(zhǎng)度L和安裝傾角α有關(guān)。顯然,R越小,L越大,α越大,則誤差越大。實(shí)際中,由于空間位置及剪切力等關(guān)系,一般限定L<300 mm,傾角最大為25°。

        現(xiàn)以圖1中刀片尺寸等為例,對(duì)誤差進(jìn)行分析:

        參看圓弧與橢圓弧對(duì)比示意圖3,在X=L/2=140 mm點(diǎn)時(shí)

        Y1=Y1(140)=225-

        由于廢料導(dǎo)槽的導(dǎo)向作用,一般剪切均是在剪刃中部,且廢料寬度也達(dá)不到263 mm(280×cos20°),即有效寬度一般為100 mm,裝配時(shí),刀架的刀槽底面還有兩片墊板(厚度t1=0.1 mm,t2=0.05 mm)可以調(diào)節(jié),而且剪切時(shí)的上、下刀片剪切重疊量在0.2~0.5 mm之間選擇,所以h=0.052 mm對(duì)剪切不會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。

        由上,在99%的剪切情況下應(yīng)該是在X=±L/2=±50 mm點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行計(jì)算。現(xiàn)計(jì)算誤差如下:

        Y1=Y1(50)=0.651 mm,

        Y2=Y2(50)=0.650 mm,

        于是,可知在廢料寬100 mm時(shí),其最大誤差h=0.001 mm。

        所以,實(shí)際使用中,用圓弧R代替曲線完全不影響剪切。

        圖3 圓弧與橢圓弧對(duì)比示意圖

        3 四刃口碎邊剪加工新工藝

        目前滾筒式碎邊剪,除極個(gè)別刃口是螺旋線外,其余刀片刃口都是橢圓曲線形狀,以往刃口都是單面刃口,采用類似于滾筒刀架的工裝來(lái)車(chē)削和淬火后的磨削刀片刃口就可以解決問(wèn)題,但四刃口碎邊剪刀片是雙面四刃口形式,根本不能采用傳統(tǒng)的外圓磨削。

        目前,這種碎邊剪常采用的加工工藝為:

        1) 鍛造毛坯并退火處理;

        2)粗加工平側(cè)面及兩端面;

        3)鉆線切割預(yù)鉆孔及鉆攻兩個(gè)螺孔;

        4)檢驗(yàn);

        5)淬火處理;

        6)精磨兩平面,光兩側(cè)面,精磨兩端面;

        7)線切割孔及刃口曲面至圖樣;

        8)退磁,去毛刺,檢驗(yàn)等。

        本刀片主要難點(diǎn)就是第7道工序的刃口曲面的加工,以往常規(guī)加工方法有:

        (1)線切割。取多個(gè)點(diǎn),點(diǎn)越多,最后線切割出來(lái)的曲面越精確,比較麻煩,且取點(diǎn)精度和計(jì)算精度都有誤差;

        (2)仿形磨。是一種傳統(tǒng)做法,需要靠模具,曲面的精度取決于靠模的精度;誤差往往更大?,F(xiàn)在一般不采用。

        由上述誤差分析可知,在一定條件下,實(shí)際應(yīng)用中可以使用第三種方法:曲率簡(jiǎn)化法。簡(jiǎn)化成R刃口后,就消除了取點(diǎn)精度誤差和計(jì)算誤差,也無(wú)需靠模,理論上避免了以上兩種常規(guī)加工方法的缺點(diǎn)。加工圓弧也相對(duì)簡(jiǎn)單,可以直接采用線切割的慢走絲。在設(shè)備許可的情況下,也可以采用數(shù)控磨。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        刀片刃口曲線簡(jiǎn)化,既避免了取點(diǎn)模擬的較大誤差,又節(jié)省了制造工裝的費(fèi)用,線切割R誤差極小,簡(jiǎn)單易行,更適合批量生產(chǎn),效率更高。

        [1]許石民,孫登月.板帶材生產(chǎn)工藝及設(shè)備[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.

        [2]薛培.新型碎邊剪力能參數(shù)的分析確定[J].冶金設(shè)備,1992,(5):74—76.

        [3]同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)教研室.高等數(shù)學(xué)[M].北京:高等教育出版社,1996.

        2015-08-04

        TG333.2+1

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