張華杰

（太重煤機(jī)有限公司，山西 太原030032）

剪切對(duì)焊接機(jī)是焊管生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一。它位于矯平機(jī)和活套之間，其作用是將相鄰兩卷帶鋼之間，即前一卷帶鋼的尾部與下一卷帶鋼的端部焊接起來，為了保證焊縫的焊接質(zhì)量，在對(duì)焊之前，前一卷帶鋼的尾部與下一卷帶鋼的端部應(yīng)進(jìn)行必要的剪切，以獲得符合焊接規(guī)格的切口，然后進(jìn)行焊接，再經(jīng)活套充料、儲(chǔ)料，供給主機(jī)，以保證焊管生產(chǎn)線能夠連續(xù)不斷的生產(chǎn)。

1 剪切對(duì)焊接機(jī)分類及剪切裝置的種類

1.1 剪切對(duì)焊接機(jī)的分類

剪切對(duì)焊接的分類繁多，既可根據(jù)工作方式和控制方式分類，也可按照剪切方式分類，還可按照焊接方式分類，見表1。

表1 剪切對(duì)焊接方式的分類

1.2 剪切裝置的種類

剪切對(duì)焊機(jī)的剪切裝置通常有下剪切和上剪切之分。下剪切的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是上剪刃固定，下剪刃向上剪切；上剪切的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是下剪刃固定，上剪刃向下剪切。剪切裝置一般采用斜剪刃，即一個(gè)剪刃相對(duì)于另一個(gè)剪刃成某一角度，剪刃斜度一般取1.5°~6.0°為宜。

現(xiàn)有焊管機(jī)組，常采用上剪切的結(jié)構(gòu)形式。上剪切的結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

圖1 上剪切的結(jié)構(gòu)圖

剪切系統(tǒng)由上橫梁、油缸、上剪刃、下剪刃等組成。上剪刃安裝在上橫梁上，由導(dǎo)向裝置實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，導(dǎo)向裝置有齒輪、齒條組合式或耐磨板式，下剪刃安裝在床身底座上。使用液壓缸驅(qū)動(dòng)上橫梁，實(shí)現(xiàn)帶鋼頭部、帶鋼尾部的剪切，在剪切時(shí)，壓板裝置壓緊帶鋼，使帶鋼在剪切時(shí)位置固定，保證剪切的順利完成。

2 剪切力的計(jì)算

剪切力計(jì)算的公式較多，目前設(shè)計(jì)中常采用下列幾種公式：

2.1 柯洛遼夫公式

式中：K1為刀刃側(cè)向間隙的影響系數(shù)，一般K1=1.3~1.5；K3為刀刃使用以后磨鈍的影響系數(shù)，一般K3=1.1~1.3；τ為被剪切帶鋼的剪切抗力，一般可按試驗(yàn)決定，有時(shí)在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)往往可近似地取τ=（0.7~0.75）σb，σb為被剪帶鋼的強(qiáng)度極限，MPa；S為帶鋼的剪切面積，mm2。

圖2 剪切過程圖

則上式可寫成：

剪切過程如圖2所示。剪切面積不是在帶鋼整個(gè)橫斷面上進(jìn)行的，斜刀刃剪切面積，要比平行剪切面積小，因此斜刀刃的剪切力P也就比平行剪切小。實(shí)際剪切面積不是三角形ABC，而是梯形ABDE。這是由于當(dāng)?shù)度星腥霂т撋疃葹閦=h-DE后，帶鋼便開始金屬滑移，完成剪切過程。因此，頂部小三角形DEC早已被金屬滑移而扯斷，不再需要剪切。

相對(duì)切入率為：

式中：ε與被剪切帶鋼材料的塑性有關(guān)，一般ε=（1.2~1.6）δ5，δ5為伸長率，通?？砂处?1.25δ5計(jì)算。

剪切面積ABDE為（見圖2）

將式（3）代入式（2），可得：

式中：α為剪刃的斜度；ε為相對(duì)切入率，ε=（1.2~1.6）δ5；h為帶鋼厚度，mm；σb為被剪帶鋼的強(qiáng)度極限MPa；δ5為相對(duì)伸長率。

由式（4）可知：若剪切相對(duì)切入率ε和被剪切帶鋼的強(qiáng)度極限σb增加，則剪切力P增加；剪切力P按被剪切帶鋼厚度平方關(guān)系數(shù)值增加，剪切力P與剪刃的斜度α成反比，增加α，可使剪切力P降低，但會(huì)增加剪刃的行程。顯然，公式（4）僅適用于tanα＞的情況。h、b分別為帶鋼的厚度和寬度。

2.2 諾沙里公式

式中：σb為被剪帶鋼的強(qiáng)度極限，MPa；δ5為相對(duì)伸長率；z為切入深度；α為剪刃的斜度；y為系數(shù)，y=為剪刃側(cè)向間隙，通常情況下，h≤5 mm，c=0.07 h；h＞5 mm，c=0.5 mm；x為系數(shù)為剪切平面至壓板距離，初步計(jì)算時(shí)，取x=10；K3為刀刃使用以后磨鈍的影響系數(shù)，一般取K1=1.1~1.3。

實(shí)際計(jì)算時(shí)，常采用（5）的簡(jiǎn)化公式。此時(shí)，假定ε=1.25δ5，z=1，y=0.07（若h≤5 mm），將上述數(shù)值代入公式（5）式中，則簡(jiǎn)化公式為：

以上兩個(gè)公式比較，柯洛遼夫公式比較簡(jiǎn)便，但公式中許多系數(shù)均為范圍值，因此，采用同一柯洛遼夫公式計(jì)算，由于系數(shù)值選擇不同，可得到不同的計(jì)算結(jié)果，這就影響到計(jì)算的精確性。目前，國內(nèi)設(shè)計(jì)單位采用諾沙里公式較多，有時(shí)為了某種需要，做一些粗略核算，可采用柯洛遼夫公式。

3 結(jié)語

通過對(duì)剪切對(duì)焊接機(jī)剪切力的計(jì)算，可有效避免設(shè)計(jì)的盲目性，為剪切對(duì)焊接機(jī)的結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。