陳家欣，聶月生，鐘 梅，周聯(lián)生

（陽(yáng)江市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，廣東陽(yáng)江 529500）

0 引言

剪刀是日常生活中經(jīng)常使用的一種五金刀剪產(chǎn)品，一般用于剪切剪裁。不同款式不同材質(zhì)的剪刀其耐久剪切性能都有所不同。剪刀的剪切性能與其幾何形狀、制造精度、熱處理狀況緊密聯(lián)系。因此，在剪刀生產(chǎn)制造過程中，最后一個(gè)工序是對(duì)剪刀耐久剪切性能的測(cè)試。傳統(tǒng)的測(cè)試方式采用人工操作目測(cè)法，這種方式效率低、耗時(shí)耗力且無法準(zhǔn)確記載剪切測(cè)試次數(shù)等數(shù)據(jù)。后來采用一些自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備，但是普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等問題，對(duì)于一般的中小生產(chǎn)型企業(yè)增加了生產(chǎn)成本。而我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 1966-1994《民用剪刀》[1]對(duì)剪刀剪切性能的規(guī)定是先剪一層綢一次，不帶絲；后正、反剪布一層，不軋布，手感輕松、均勻，剪布鋒利，不咬口、崩口、變形。標(biāo)準(zhǔn)沒有對(duì)耐用度方面的規(guī)定。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷和不足，作者研究一種剪刀剪切性能測(cè)試儀器，并對(duì)剪刀剪切性能檢測(cè)方法進(jìn)行探索研究。

1 剪刀剪切性能測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)及測(cè)試原理

1.1 結(jié)構(gòu)

剪刀剪切性能測(cè)試儀的結(jié)構(gòu)包括送料機(jī)構(gòu)和測(cè)試機(jī)構(gòu)，如圖1所示。

圖1（a）為送料機(jī)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)圖。送料機(jī)構(gòu)采用滾筒傳動(dòng)的卷布筒送料結(jié)構(gòu)，包括基板11、位于基板一側(cè)的定點(diǎn)軸12和整形軸13與傳動(dòng)軸14及位于基板相對(duì)側(cè)的送料電機(jī)15。其中，定點(diǎn)軸固定于基板上，整形軸和傳動(dòng)軸活動(dòng)設(shè)置于基板上，送料電機(jī)通過皮帶16與傳動(dòng)軸傳動(dòng)連接配合。

圖1（b）為測(cè)試機(jī)構(gòu)的正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。測(cè)試機(jī)構(gòu)位于送料機(jī)構(gòu)下方，包括底座21、剪刀定位組件22及剪刀開合驅(qū)動(dòng)組件23。剪刀定位組件包括設(shè)置于底座上方的定位支座221、設(shè)置于支座頂部的翻轉(zhuǎn)T形定位槽222，以及嵌裝于翻轉(zhuǎn)T形定位槽中用于鎖緊剪刀單臂的定位鎖桿223。

剪刀開合驅(qū)動(dòng)組件23包括設(shè)置于底座內(nèi)部的開合電機(jī)231、通過軸承件定位在底座內(nèi)部且下端通過齒輪組合232與開合電機(jī)傳動(dòng)連接配合的旋動(dòng)主軸233、通過轉(zhuǎn)臂234與伸出底座外部的旋動(dòng)主軸233上端傳動(dòng)連接的配合的開合推桿235。測(cè)試機(jī)構(gòu)還包括有計(jì)數(shù)組件，計(jì)數(shù)組件具有感應(yīng)開合推桿開合次數(shù)的計(jì)數(shù)傳感器。

圖1 剪刀剪切性能測(cè)試儀示意圖Fig.1 schematic diagram ofinstrumentfor Shearproperty ofscissors:

測(cè)試時(shí)，如圖1（c）所示，將剪刀4的其中一單臂通過定位鎖桿固定在定位基座221上，剪刀的另一單臂套在開合推桿235上，然后將卷布筒5上的布料通過整形軸13和傳動(dòng)軸14后落入剪刀的刀刃口中，通過開合電機(jī)和送料電機(jī)的不斷驅(qū)動(dòng)，剪刀將進(jìn)行循環(huán)的開合剪切動(dòng)作，對(duì)連續(xù)不斷落下來的介質(zhì)進(jìn)行剪切，同時(shí)記載剪切次數(shù)。

1.2 測(cè)試原理

機(jī)器開動(dòng)時(shí)，旋動(dòng)臂帶動(dòng)剪臂往復(fù)運(yùn)動(dòng)，模擬剪裁動(dòng)作。在剪裁時(shí)送料器定量定時(shí)送介質(zhì)，計(jì)算機(jī)及監(jiān)控傳感技術(shù)進(jìn)行剪切參數(shù)記錄。利用計(jì)算機(jī)分析剪刀剪切力矩大小，以此為指標(biāo)，獲得對(duì)鋒利度大小的量化。通過記錄成功的剪切持續(xù)次數(shù)，以此為指標(biāo)確定剪刀的耐用度。

1.3 儀器的自動(dòng)化介紹

調(diào)節(jié)剪刀位置和裝載測(cè)試介質(zhì)后，機(jī)器的運(yùn)作是完全自動(dòng)化的。機(jī)器的功能均由微處理器單元控制，該單元自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)氣動(dòng)設(shè)備，控制馬達(dá)按照固有的程序運(yùn)作。整個(gè)單元受制于PLC可編程控制器。PLC提供一個(gè)觸摸屏的界面，通過該界面可以管理測(cè)試數(shù)據(jù)及參數(shù)，處理測(cè)試結(jié)果并進(jìn)行當(dāng)前數(shù)據(jù)測(cè)試與以往測(cè)試結(jié)果的快速記錄。測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)處理后，可儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便之后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)讀取與對(duì)比。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集

將剪刀安裝到測(cè)試儀上，裝好測(cè)試介質(zhì)按“起動(dòng)”按鈕，剪切測(cè)試便自動(dòng)進(jìn)行。測(cè)試儀采集的測(cè)試數(shù)據(jù)為介質(zhì)抵抗剪切形成的扭矩。可供研究的數(shù)據(jù)文件以多種方式呈現(xiàn)，第一種方式是數(shù)據(jù)報(bào)表，記錄每一次剪切過程的平均扭矩，以數(shù)據(jù)文件的形式呈現(xiàn)，如圖2所示；第二種方式是記錄一把剪刀樣品每一次剪切過程的平均扭矩，以圖的形式呈現(xiàn)，其中橫坐標(biāo)為剪切次數(shù)，縱坐標(biāo)為扭矩，如圖3所示。

圖2 剪刀剪切數(shù)據(jù)記錄報(bào)表圖Fig.2 Shear data record chartofScissors

2 測(cè)試介質(zhì)的選擇

參考文獻(xiàn)[2]中測(cè)試介質(zhì)為W5.06金相砂紙（1200目），首先使用金相砂紙為測(cè)試介質(zhì)。將測(cè)試介質(zhì)制成寬度為40～150 mm的卷軸，長(zhǎng)度不限。在200次的剪切試驗(yàn)中，得到如圖4所示的試驗(yàn)結(jié)果。從圖中并沒有觀察到預(yù)想中的遞減趨勢(shì)。于是將試驗(yàn)次數(shù)提高到500次，測(cè)試結(jié)果如圖5所示，圖中遞減趨勢(shì)仍然沒有出現(xiàn)。

圖3 剪刀剪切完100剪的數(shù)據(jù)記錄圖Fig.3 Sheardata kymogram ofscissors

研究過程還試用了其他介質(zhì)包括紫銅板、牛皮紙、銅版紙、普通砂紙等，測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，剪刀剪切這些介質(zhì)時(shí)，剪切扭矩基本恒定在某一范圍，測(cè)試數(shù)據(jù)與圖4非常相似。且在測(cè)試不同介質(zhì)的試驗(yàn)中均未出現(xiàn)明顯的崩口、剪刀片外彎、鉚釘松動(dòng)、咬口、不能剪斷介質(zhì)等剪刀失效現(xiàn)象。

圖4 剪切W5.06金相砂紙（1 200目）測(cè)試結(jié)果圖Fig.4 test result diagram of Shearing W5.06 metallographic sandpaper(1 200 mesh)

為全面了解儀器及介質(zhì)對(duì)剪刀剪切性能的適用情況，從市場(chǎng)購(gòu)買的100種不同品牌不同款式的剪刀進(jìn)行試驗(yàn)。為更清晰直觀地了解試驗(yàn)結(jié)果，將試驗(yàn)結(jié)果用柱狀圖表示，如圖5所示。試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)不同品牌剪刀、不同介質(zhì)的試驗(yàn)結(jié)果均呈現(xiàn)等高柱，沒有遞增或遞減。這一現(xiàn)象的高度重復(fù)性，說明剪刀的耐用性很好。

圖5 測(cè)試結(jié)果柱狀圖Fig.5 Histogram oftestresults

試驗(yàn)后，觀察剪片刃口的情況，如圖6—9所示。從圖中可知，雖然試驗(yàn)過程中剪刀剪切介質(zhì)形成的抵抗扭矩沒有明顯的變化，但被測(cè)剪片的確出現(xiàn)了快速磨損。從圖9中可看出，剪切了100次180#砂紙的剪刀，刃口已經(jīng)很粗糙，但剪切扭矩沒有明顯變化，說明剪刀的鋒利度與外口粗糙度相關(guān)性較低，與里口的粗糙度相關(guān)性較高，與剪片的剛性和裝配工藝相關(guān)性較高。

圖6 新剪刀外刃口Fig.6 Outer cutting edge ofthe new scissors

圖7 剪切100次180#砂紙后剪刀外刃口Fig.7 Outer cutting edge of scissors after shearing 180#sandpaper 100 times

圖8 剪切100次180#砂紙后剪刀里刃口Fig.8 Inside cutting edge of scissors after shearing 180#sandpaper 100 times

3 測(cè)試方法的確定

為找到能對(duì)比剪刀的剪切性能優(yōu)劣的理想方法，剪切次數(shù)要極大增加。為此對(duì)單個(gè)樣品做了剪切10 000—200 000次的試驗(yàn)，以便找到剪刀的使用壽命區(qū)間。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有的剪刀經(jīng)過200 000次試驗(yàn)后，功能仍然正常。而有些樣品出現(xiàn)剪軸松動(dòng)現(xiàn)象，裝配間隙增大，剪切功能漸漸衰減。

由于剪切200 000的測(cè)試周期很長(zhǎng)，必然造成檢測(cè)成本升高，影響市場(chǎng)的接受度。根據(jù)前面的數(shù)據(jù)可以推斷，剪刀的失效與測(cè)試介質(zhì)的相關(guān)性不高，而與測(cè)試周期相關(guān)性較高。為減少測(cè)試周期和減少介質(zhì)消耗量，提出了空剪試驗(yàn)，即以空氣為介質(zhì)，空剪較多次數(shù)后，再剪切某種介質(zhì)一定次數(shù)后，檢驗(yàn)剪刀的功能是否仍正常來判斷剪刀的剪切性能是否合格。這樣可以提高試驗(yàn)頻率，也能縮短單個(gè)試樣的測(cè)試時(shí)間。

4 結(jié)論

（1）研制一種機(jī)電一體化的剪刀剪切性能測(cè)試儀，通過記錄成功的剪切持續(xù)次數(shù)，以此為指標(biāo)確定剪刀的耐用度。該測(cè)試儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、操作容易、成本低，且能有效準(zhǔn)確記載測(cè)試數(shù)據(jù)，適于企業(yè)的推廣使用。

（2）不同剪刀剪切不同的測(cè)試介質(zhì)，剪切扭矩沒有明顯變化，說明剪刀的鋒利度與外口粗糙度相關(guān)性較低，與里口的粗糙度相關(guān)性較高，與剪片的剛性和裝配工藝相關(guān)性較高。

（3）探索提出一種剪刀剪切性能檢測(cè)方法，即先對(duì)剪刀進(jìn)行多次數(shù)的空剪后，再剪切某種介質(zhì)一定次數(shù)，之后檢驗(yàn)剪刀的剪切功能是否正常來判斷剪刀的剪切性能是否合格。