銅合金帶箔材高精度分剪技術控制系統(tǒng)

苑和鋒 陳佳程 夏彬 程萬林

[摘 ? ?要]論述高精度分剪圓刀在銅合金帶箔材精密剪切工序中的重要性，介紹高精度分剪圓刀的正確使用方法，闡述銅合金帶箔材高精度分剪技術的控制系統(tǒng)要點。

[關鍵詞]銅合金帶箔材;剪切;分剪圓刀

[中圖分類號]TQ330.4 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）01–00–03

[Abstract]This article discusses the importance of high-precision round cutters in the precision cutting process of copper alloy strips and foils， explains in detail the correct use of high-precision round cutters， and explains the high-precision cutting of copper alloy strips and foils. The main points of the control system of shearing technology.

[Keywords]copper alloy strip and foil material; shearing; cutting round knife

近來年隨著高精度銅合金帶箔材產(chǎn)品的應用范圍不斷擴大，特別是隨著集成電路、通訊電子、新能源汽車、5G等領域的快速發(fā)展，新的產(chǎn)品種類和規(guī)格不斷增加，對銅合金帶箔材產(chǎn)品的技術要求不斷提高，特別是銅合金帶箔材分剪的精密度要求越來越高。為銅合金帶箔材加工企業(yè)帶來一定的挑戰(zhàn)，需引起重視。

在銅合金帶箔材加工過程中，高精度分剪技術是一個非常重要的系統(tǒng)控制工程，分剪刀具和分剪機的精確度是影響產(chǎn)品分剪質量的重要因素。金屬的剪切需要比任何其他材料更大的剪切力，金屬剪切機中的剪切力是由特制的圓形刀具以及隔離環(huán)在某個區(qū)域堆疊，相互作用產(chǎn)生了一個特殊的固體剪切系統(tǒng)，從而出現(xiàn)剪切力。這個系統(tǒng)中如出現(xiàn)某一個圓刀或隔離環(huán)系統(tǒng)中的平面有一個無法覺察的不平整度，它可以使刀片產(chǎn)生很大的剪切力，在這種情況下會增加上下刀片之間的間隙，這樣金屬帶箔材兩邊就會產(chǎn)生毛刺的質量缺陷。因此，分條圓刀的精密度在銅合金帶箔材的精密分剪中非常重要。

1 刀具和隔離環(huán)的質量要求

工廠采購刀具時，應將剪切銅合金帶帶箔材的外形尺寸、合金硬度、合金牌號、各規(guī)格的生產(chǎn)量比例等數(shù)據(jù)提供給刀具生產(chǎn)和供貨商。刀具生產(chǎn)和供貨商根據(jù)合金品質要求進行刀具材料的選擇。銅合金帶箔材加工廠要根據(jù)以往材料的各規(guī)格生產(chǎn)量比例、合金寬度等情況，讓刀具生產(chǎn)和供貨商選擇符合品質要求的刀具和隔離環(huán);用最少數(shù)量的刀片組合搭配出最多的分剪寬度，以此降低生產(chǎn)成本。

刀具定貨時，加工廠盡量不要隨意的增添圓刀外圓，減小刀片厚度，以避免減小材料的鋼性。

2 刀具和隔離環(huán)的技術要求

2.1 盡量使用對稱配刀的方式來消除各因素疊加造成的偏差

分剪過程中應盡量減少因刀片間隙等變化因素造成的偏差，配刀工配刀時，必須仔細檢查刀片和隔離環(huán)，確保無質量缺陷后對上圓刀、下圓刀對稱匹配。也就是說，分剪機上軸配一個尺寸的刀或隔離環(huán)時，分剪機的下軸也要配同一尺寸的刀或隔離環(huán)，上下刀或隔離環(huán)的寬度尺寸必須一致。

2.2 配刀軟件

根據(jù)刀片的原始品質及外形尺寸、刀刃磨削后外圓尺寸的變化、被分剪的銅合金帶箔材外形尺寸，經(jīng)由配刀計算機軟件挑選出最合理的刀片組合方案。采用計算機軟件系統(tǒng)計算組合出的配刀方案，大大控制了刀片間隙，提高了間隙精度，減少了刀片庫存?zhèn)湄?，減少了篩選配刀方案所消耗的時間，有利于工廠對刀具的精細化和規(guī)范化操作管控。

2.3 確定刀片間隙

分剪機刀片的間隙與分剪后的銅合金帶箔材的厚度和強度密切相關。在一個銅合金帶箔材剪切過程中，被剪切的材料并不是100%的被剪斷，而是帶箔材的部分厚度被剪斷，部分厚度被拉斷，見表1。

2.4 上、下圓刀重疊面積的確定

當被加工帶箔材厚度≤1.2 mm時，上、下圓刀的重疊面積隨著帶箔材厚度的增大而減少;當帶箔材厚度>1.2 mm時，上、下圓刀的重疊面積根據(jù)帶箔材厚度增大而增大。帶箔材厚度在1.2 mm時，上、下圓刀重疊面積達到最大。

3 銅合金帶箔材的分剪控制系統(tǒng)

銅合金帶箔材的剪切與銅合金板材的剪切存在很大的差異。銅合金帶箔材的厚度很薄（厚度在5～15 μm），運行上、下圓刀的區(qū)域相互重疊形成一個剪切區(qū)（圖1），依靠分剪系統(tǒng)中起主要作用的下圓刀去帶動上圓刀一起互相作用，分剪進入剪切區(qū)的銅合金帶箔材。這個分剪過程屬于100%的剪切，而在板材的分剪過程中，厚度只有部分被分剪，其余部分是被裂斷的。

3.1 上、下圓刀的重疊面積

分剪過程中產(chǎn)生過大的上、下圓刀的重疊面積會造成刀具的過度磨損;如果重疊面積量太小，則無法剪切出質量平整的帶材邊緣。在工廠生產(chǎn)現(xiàn)場，重疊面積不好測量，現(xiàn)介紹一種通過測量上、下圓刀的公共弦長來推算重疊面積的方法。為方便推算，假設上、下圓刀的直徑分別為R1、R2，公共弦長為C，上、下圓刀的弦高為A1、A2，根據(jù)以上可以得到A1=C2/8R1，A2=C2/8R2。重疊面積A=A1+A2=C2（R1+R2）/8（R1×R2）。如果上、下圓刀的直徑相等，可以得到A=C2/4R，或者C=4RA/2。一般生產(chǎn)情況下，上、下圓刀的直徑不會產(chǎn)生太大的變化。因此，可以根據(jù)重疊區(qū)域的面積來計算出它們的公共弦長，從而制作一種夾具板，這種夾具板可以隨時監(jiān)測公共弦長。這種方法對生產(chǎn)操作工帶來很大便利。銅合金帶箔材上、下圓刀的重疊面積，見表2。

3.2 側壓力

在分剪過程中，為防止產(chǎn)生上、下圓刀造成過大的變形和退讓，分剪機的上圓刀必須施加給下圓刀一個適當?shù)膫葔毫?。大部分銅合金帶箔材分剪機依靠一根環(huán)形彈簧產(chǎn)生上圓刀的側壓力。目前，新式的復卷分剪機則靠一個小氣缸來精確控制側壓力。側壓力一般控制在2.7～4.5 kg，以此確保刀具備較長使用壽命。

因此，工廠要選用精度高的圓刀，減小平面偏擺。高質量的刃磨，可以消除刀片殘留的毛刺。以此杜絕偏擺和毛刺帶來銅合金帶箔材分切時產(chǎn)生的質量缺陷。

3.3 線速差

銅合金帶箔材進入上、下圓刀構成的剪切區(qū)域后，要真正接受到剪切作用，而不是被“剖分開”。因此，與銅合金帶箔材的線速度相比較，上、下圓刀周邊的線速度可以適當提高3%～5.5%。

3.4 進入剪切區(qū)時的位置

銅合金帶箔材進入剪切區(qū)時，帶箔材下面需要有個可以承受剪切力的物體。剪切過程中銅合金帶箔材如果先接觸到了上圓刀，表示圓刀剖分開了帶箔材，而不是剪切了帶箔材。所以，帶箔材在剪切時必須向著下圓刀所處的方向偏移1～3°。對于一些結構特別的分剪機、復卷機，放卷過程當中要時刻關注放卷帶箔材卷徑由大到小時，帶箔材路線的轉變是不是仍滿足這個條件;還要保證剪切區(qū)附件的拖輥位置不發(fā)生變化。其次，在上圓刀、下圓刀之間的中心線上，上圓刀要往外偏移1～2°，以削減磨損量。

3.5 圓刀精準度

對于高速分剪機和復卷機來說，只有滿足上、下圓刀的技術要求，才能分切出邊緣整齊、無毛刺的帶箔材卷材。上、下圓刀的形位公差應符合表3中的要求。

3.6 圓刀的材料選擇和組合

分剪時，上、下圓刀重疊構成剪切區(qū)，下圓刀主動，上圓刀被動。圓刀刃磨時，一般是磨削上圓刀，所以造成上刀消耗較大。上、下圓刀組合時，下刀的材料要選用好的材料，上、下圓刀的材料配合，見表4。

3.7 刀片的刃磨

3.7.1 剪切圓刀的磨削

除了修邊圓刀除外，所有磨損的分剪刀片都要進行磨外圓加工，以此保證平面和軸線的垂直精度。當用刀片更換隔離環(huán)時，同一組刀片的外圓偏差不應大于0.005～0.01 mm，杜絕外圓誤差出現(xiàn)的肩胛在銅合金帶箔材上產(chǎn)生壓痕。

3.7.2 剪切薄箔的上、下圓刀的刃磨

刃磨所用砂輪的硬度必須介于J和K之間。磨削時進刀量盡量小，不能貪快，磨削貪快會燒傷刀具。磨削好刀具后，選擇油石進行研磨從而去除毛刺。分剪使用的每一把刀都要建立生產(chǎn)使用記錄，記錄上下機時間，使用時間、剪切材料量、磨削量等，以此降低成本和選擇新刀。

4 結束語

隨著通信電子、集成電路、新能源汽車等領域的產(chǎn)品向著小型化和輕薄化發(fā)展，這就要求高精度銅合金帶箔材也向著輕薄和超輕薄化的方向發(fā)展，對高精度銅合金帶箔材的性能和表面質量也越來越高，導致銅合金帶箔材的剪切帶來的更大的技術難度。因此，銅合金加工廠要熟悉和掌握高精度分剪技術控制系統(tǒng)。

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