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

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