一種壓力機(jī)邊料自動切斷裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

唐更生，劉思堯，姚必武

（桂林金格電工電子材料科技有限公司，廣西 桂林 541004）

壓力機(jī)通過對金屬坯件施加強(qiáng)大的壓力使金屬發(fā)生塑性變形和斷裂來加工成零件，具有用途廣泛、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于切斷、沖孔、落料、彎曲、鉚合和成形等工藝生產(chǎn)中。

在現(xiàn)代生產(chǎn)中，卷板材料的連續(xù)性沖壓生產(chǎn)多采用送料器送料，送料方式通?？煞譃橥苿雍屠瓌舆@兩種方式。而采用拉動送料方式時，帶材經(jīng)模具沖壓成型后從送料器出來轉(zhuǎn)為邊料，需要靠折彎、剪斷、卷曲等方式收集。邊料收集方式可采用人工剪切、折彎等方式，也可以通過電動破碎機(jī)切斷破碎。

人工收集邊料，勞動強(qiáng)度大，效率低；電動破碎機(jī)運(yùn)行噪聲大，且存在剪斷長度不一致、易產(chǎn)生顆粉塵、不容易收集等缺點(diǎn)。本文介紹一種能隨壓力機(jī)一起工作并自動切斷邊料裝置，通過壓力機(jī)凸輪控制器發(fā)出電信號控制氣缸動作，能自動將邊料切斷、掉落邊料箱中。

1 剪切力的理論計(jì)算

剪切力的計(jì)算：根據(jù)公式F=τ×S，可計(jì)算所需剪切力大小。

F—剪切力N

τ—材料的剪切強(qiáng)度MPa

S—材料的橫截面積mm2

2 壓力機(jī)邊料自動切斷裝置結(jié)構(gòu)介紹

該裝置主要由上剪刀、下剪刀、氣缸、連接塊、壓料塊、機(jī)座、底板、以及沖壓力機(jī)配套的電子凸輪控制器（或可調(diào)式機(jī)械凸輪控制器）、二位三通電磁換向閥等部件組成。結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 自動切料裝置裝配示意圖

上剪刀由氣缸帶動在機(jī)座U型槽內(nèi)上下運(yùn)動。常規(guī)剪板機(jī)的上剪刀與下剪刀刃口存在夾角，即剪切角度，通常剪切角度控制在0.5°～2°范圍內(nèi)，剪切角度越大，剪切同樣材料所需剪切力越小，剪板機(jī)剪板寬度越長，剪切角度會越小。該自動切斷裝置與常用的剪板機(jī)結(jié)構(gòu)、原理相似，上剪刀刃口面做成斜面，由于剪切機(jī)構(gòu)用于壓力機(jī)的邊料切斷，材料寬度有限，將剪切角度控制在4°～12°，可有效降低剪切力，剪切機(jī)構(gòu)部件也做得小巧。設(shè)計(jì)制作時，剪切角度大小可以根據(jù)剪切材料的寬度、氣缸行程等因素綜合考慮。通常剪板機(jī)的剪切角度由上剪刀加工成斜度而成，剪切力的計(jì)算公式如下：

F=τ×h2/2×tan（90-α）

F—剪切力N

τ—材料的剪切強(qiáng)度MPa

S—材料的厚度mm

α—剪切角度°

下剪刀固定在機(jī)座上，剪刀刃口鋒利、平整。上、下剪刀不僅要有一定的剪切角度，同時上、下剪刀還需要有剪刀間隙，剪刀間隙一般為剪切材料厚度的10%。剪刀間隙過小，上下刀片刃口咬合時會出現(xiàn)問題，如影響刀片刃口鋒利度或造成刀片刃口的崩裂；剪刀間隙過大，則會造成剪切出來的工件毛刺大、斷口不平整等情況，甚至?xí)斐杉舻犊ㄋ?、設(shè)備損壞。

設(shè)計(jì)制作時，下剪刀設(shè)計(jì)為可調(diào)整剪刀間隙的結(jié)構(gòu)，如腰型孔、調(diào)整墊片等結(jié)構(gòu)來調(diào)整剪刀間隙。安裝、調(diào)整剪刀時，可使用塞尺檢查、調(diào)整其間隙。同時，剪刀應(yīng)安裝、拆卸方便，可修磨、重復(fù)使用。

氣缸是剪切切斷的動力執(zhí)行部件。根據(jù)沖壓速度、材料厚度等參數(shù)，氣缸行程選擇在20mm～50mm范圍內(nèi)合適，氣缸行程過長，則剪刀運(yùn)動時間長，不能與壓力機(jī)沖壓速度匹配，影響送料精度；氣缸行程過短，則剪切刀的傾斜角度會偏小，從而所需的剪切力偏大，剪切裝置整套結(jié)構(gòu)會變大。氣缸缸徑的選擇，可根據(jù)所需材料剪切力大小來計(jì)算，計(jì)算公式可參考F=P.S=π×D2×P/4

F—剪切力N

P—?dú)飧讱鈮簤毫Pa

D—?dú)飧赘讖絤m

下剪刀與氣缸活塞桿通過連接塊連接，連接塊設(shè)計(jì)、制作時，要考慮便于下剪刀拆卸、修磨、調(diào)整。壓料塊安裝在下剪刀上方，兩者間需保持一定間隙，該間隙具有限位作用，可有效避免邊料在剪切過程中因受力被抬高、移位而影響送料精度。

同時，可采用腰型孔結(jié)構(gòu)，調(diào)整該間隙，以滿足不同厚度材料剪切。機(jī)座用于固定下剪刀、壓料塊、氣缸等部件。機(jī)座內(nèi)部加工成U型槽，該槽有導(dǎo)向、定位作用，便于上剪刀在此U型槽內(nèi)上、下自由滑動。上剪刀在機(jī)座滑動要保持一定間隙，該間隙一般控制在0.1mm以內(nèi)比較合適，間隙太大，剪切容易發(fā)生偏移，間隙太小，剪切因摩擦力大而容易磨損。

電磁閥換向閥是氣缸動作的控制單元。由于壓力機(jī)沖壓速度快，氣缸剪切運(yùn)動時間短，因此電磁閥換向閥選型一定要考慮其響應(yīng)動作時間，響應(yīng)動作時間越小，電磁閥換向閥越靈敏，氣缸動作越快，否則剪切時不容易發(fā)生干涉而引起送料不平穩(wěn)。根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，壓力機(jī)沖壓速度在120次/min以上，電磁閥換向閥的響應(yīng)動作時間要小于30ms，沖壓速度越快，響應(yīng)動作時間越小。

3 壓力機(jī)邊料自動切斷裝置的自動控制

壓力機(jī)通常配套電子凸輪控制器或可調(diào)式機(jī)械凸輪控制器，壓力機(jī)每周期的運(yùn)行位置可通過凸輪控制以圓周的方式反應(yīng)出來，因此，壓力機(jī)一般都用凸輪控制器作為壓力機(jī)的信號發(fā)訊器。壓力機(jī)通常采用滾輪送料器或伺服送料器送料，送料角度一般設(shè)置為270°～90°，即壓力機(jī)在270°位置開始送料，90°位置送料結(jié)束。剪切動作應(yīng)在送料結(jié)束后才開始剪切動作，且在下一次送料前完成剪切動作，這樣剪切動作不會影響壓力機(jī)送料精度。因此，剪切時機(jī)一定要把握控制好，否則會影響送料精度。剪切角度一般設(shè)置在90°～200°范圍內(nèi)，可保證送料結(jié)束后將材料切斷且不會影響送料精度。再結(jié)合計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值就剪切一次，以及利用計(jì)數(shù)器的復(fù)位重新開始計(jì)數(shù)功能，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)重復(fù)動作以及剪切長度可調(diào)整。因此，通過利用凸輪控制器給出壓力機(jī)的位置信號和計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，該裝置可實(shí)現(xiàn)能隨壓力機(jī)一起連續(xù)自動同步運(yùn)行。

由于該電子凸輪控制器具有角度設(shè)置、計(jì)數(shù)、裁斷等功能，采用PAC10電子凸輪控制器的壓力機(jī)安裝切斷裝置，只需要利用電子凸輪控制器的裁斷功能，設(shè)置裁斷計(jì)數(shù)次數(shù)等參數(shù)，即沖壓次數(shù)達(dá)到該計(jì)數(shù)值就剪切1次，同時還需要設(shè)置所對應(yīng)的凸輪控制器角度，該角度即剪切角度，一般設(shè)置在90°～200°范圍內(nèi)，在這角度范圍，所對應(yīng)的中間繼電器接通并控制氣缸電磁換向閥換向動作，氣缸剪切動作。沖壓次數(shù)每達(dá)到裁斷計(jì)數(shù)值，其電子凸輪每發(fā)一次電訊號，氣缸實(shí)現(xiàn)一次自動剪切。由于機(jī)械凸輪控制器不具有計(jì)數(shù)功能，采用可調(diào)式機(jī)械凸輪控制器作的壓力機(jī)安裝切斷裝置時，還需增加一個具有通電時間保持功能的計(jì)數(shù)器。該計(jì)數(shù)器用來計(jì)算沖壓次數(shù)，計(jì)數(shù)達(dá)到設(shè)定值，計(jì)數(shù)器的繼電器接通輸出，其通電保持時間就是氣缸電磁換向閥的接通時間，即氣缸剪切動作時間。

4 壓力機(jī)邊料自動切斷裝置應(yīng)用及效果分析

表1 切斷裝置實(shí)測數(shù)據(jù)

表1為切斷裝置生產(chǎn)部分?jǐn)?shù)據(jù)，從表中數(shù)據(jù)可看出該裝置可適用不同規(guī)格材料的剪切切斷，能在沖壓速度為140次/min的壓力機(jī)上使用，邊料切斷長度公差可控制在0.2mm以內(nèi)，切斷長度可調(diào)節(jié)為送料步距的整數(shù)倍。

桂林金格電工電子材料科技有限公司是生產(chǎn)電工觸頭材料的主要企業(yè)之一，其銀合金復(fù)合帶材常規(guī)沖壓生產(chǎn)采用拉動式送料、人工手動折彎、剪斷邊料，勞動強(qiáng)度大，邊料撒落在地面上，影響現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境。現(xiàn)改為使用本裝置用于銀合金復(fù)合帶材的生產(chǎn)，其安裝在送料器末端，通過凸輪控制器控制氣缸運(yùn)動，在不影響送料精度情況下，實(shí)現(xiàn)沖壓過程自動切斷邊料，斷口平整，切斷長度公差可控制在0.2mm以內(nèi)，即減輕勞動強(qiáng)度，又改善了生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境，避免邊料污染。

5 結(jié)論

該邊料自動切斷裝置適用于拉動方式的送料器的壓力機(jī)上使用。該裝置利用壓力機(jī)凸輪控制器給出壓力機(jī)的位置信號以及計(jì)數(shù)功能，通過電磁換向閥控制氣缸動作，隨壓力機(jī)一起工作，能自動切斷邊料；采用壓縮空氣作為動力源，能耗小；剪刀剪切角度大，剪切力小，剪切運(yùn)行平穩(wěn)且不影響送料精度；邊料切斷長度一致、斷口平整，剪切長度可調(diào)整，調(diào)整范圍為送料器送料步距的整數(shù)倍。