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)

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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，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車削和淬火后的磨削刀片刃口就可以解決問題，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

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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