多功能液压数控剪切机的研制

刘著界

【摘 要】 功能液压数控剪切机（英文名称：Multi function hydraulic CNC shearing machine）是一种通过对条形金属材料的校平送料，并运用数控系统对其进行递增或者递减的剪切下料并收集待用的一种大批量智能下料的专用机械设备，主要运用数控平板送料剪切机构，对于大批的条形钢、铝、铜等金属条板做量递增或递减的校平剪切工作。

【关键词】 多功能 液压数控 剪切机

1 研制目的

多功能液压数控剪切机（图1）（英文名称：Multi function hydraulic CNC shearing machine）是一种通过对条形金属材料的校平送料，并运用数控系统对其进行递增或者递减的剪切下料并收集待用的一种大批量智能下料的专用机械设备。主要作用就是金属加工行业。它可广泛适用于航空、轻工、冶金、化工、建筑、船舶、汽车、电力、电器、装潢等行业，在本单位也有广泛的应用。但市场上这种类型的设备几乎没有见到，为了解决这一难题从而更好地为我公司占领市场以供技术支持。有我带队组建研发课题组，对多功能液压数控剪切机进行了设计、试验、制造。

2 设计方案分析

参考市场上的同类产品，结合本公司的实际使用要求，我公司研发课题组制定了多种方案进行对比，特别是对机械传动式与液压传动式剪切机的比较，按照筛选出的方案对该设备的结构、传动、电器等方面进行设计，去除机械传动式剪切机结构复杂、机械笨重、加工制作工序繁多、加工成本高、耗费劳动力大等诸多弊病，设计出了结构简洁，性能优良，成本低，完全符合本厂使用要求的液压数控钢带剪切机；此剪切机适用于剪切厚度5mm～10mm、长度200mm～500mm的锰钢材，足以满足本单位的生产需要。

3 剪切力的确定及受力计算

由于此液压数控钢带剪切机是针对剪切8mm的锰钢带而研制的，所以剪断钢带所需要的力即为剪切力，此力可由公式：

（3-1） 计算得出。

P——剪切力；

——被剪切钢带极限强度，查表得=660MPa；

h——被剪切钢带的厚度，h=8mm；

——上刀刃倾斜角度，=；

把数据代入式（3-1）得：

4 送料机构的相关计算

4.1 外力距的确定

轧件弹逆性弯曲时的外力矩是与轧件断面上各层纤维应力引起的内力矩相平衡的。理想弹塑性材料轧件外力矩M的计算式：

式（4-1）

式中为距中性层z处轧件断面的宽度，理想弹塑性材料矩形断面轧件，它的断面宽度为常量，即。

dF为距中性层z处的微分断面面积，。

为距中性层处纵向纤维的应力，区以内的值可以用屈服极限表示，

即： 式（4-2）

将代入上式，得出外力矩计算式：

式（4-3）

当时，

因为：带钢厚为h=8mm，故：

当时，

所以最大外力矩是

令 式（4-4）

外力矩计算式可写成

式（4-5）

式中：为轧件弹性变形区的断面系数

为两倍的间断面塑性变形区面积对中性层的面积矩。

对线性加工硬化材料，z0区以内，；z0区以外，，将与关系代入，得。据此，线性加工硬化材料轧件外力矩M的计算式应该是

式（4-6）

4.2 辊式矫直机力能参数的计算

4.2.1 辊式矫正机的基本参数

辊式矫正机的基本参数包括：辊径D、辊距t，辊数n，辊身长度L和矫正速度v。其中最主要的是D和t。矫正机基本参数的正确选择对轧件的矫正质量，设备的结构尺寸和功率消耗都有重要影响。

4.2.2 辊径D 与辊距t的确定

辊距t是矫正机最基本的参数，辊径D与辊距t有一定的比例关系（表1），在辊距t确定后，按比例关系可以确定辊径D并圆整至矫正机参数系列中的数值。

辊径D确定后，辊子轴颈及与万向连轴连接处轴颈的强度可以按一般强度计算公式校核。辊子上的矫正扭矩按第三辊的计算扭矩考虑。因第三辊的矫正力P最大。

确定辊距t 时，应该既考虑满足最小厚度轧件的矫正质量要求，又考虑满足矫正最大断面轧件时矫正辊的强度要求。为此，应分别计算最大允许辊距和最小允许辊距。最后确定的辊距t应是（尽量取小值），而且应圆整至矫正机参数系列中的相应数值。

4.2.3 辊颈扭转强度条件

最大扭转力矩必须小于辊颈扭转强度所决定的允许扭矩。据式（4-7）有：

令d=CD，D=，代入上式得：

式（4-8）

取：，，，，

可得：

经过综合考虑，取t值为120.5mm。

因为，所以辊径D应该是：

式（4-9）

式中，----扭转力矩

----抗扭截面系数

----辊颈直径

----抗弯力矩

对于钢制矫直辊，按第四强度理论：

式（4-10）

对于合金钢锻造矫直辊，取安全系数s=3，强度极限

因为许用强度且。所以本矫直辊能满足强度要求。

5 结语

多功能液压数控剪切机的研制成功，标志着我公司对数控设备的研发又向前跨越了一大步，同时也为今后设计制造各型各类的大中液压剪板机提供宝贵经验，为公司将来拓展市场打下坚实基础。

参考文献

[1]徐灝主编.机械设计手册2版第4卷[M].北京：机械工业出版社，2000，6.

[2]徐灝主编.机械设计手册2版第3卷[M].北京：机械工业出版社[M]，2000，6.

[3]徐灝主编.机械设计手册2版第4卷[M].北京：机械工业出版社[M]，2000，6.

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[5]濮良贵，纪名刚主编.机械设计6版[M].北京：高等教育出版社[M]，1996.