一种压力机边料自动切断装置的设计及应用

唐更生，刘思尧，姚必武

（桂林金格电工电子材料科技有限公司，广西 桂林 541004）

压力机通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成零件，具有用途广泛、生产效率高等特点，广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺生产中。

在现代生产中，卷板材料的连续性冲压生产多采用送料器送料，送料方式通常可分为推动和拉动这两种方式。而采用拉动送料方式时，带材经模具冲压成型后从送料器出来转为边料，需要靠折弯、剪断、卷曲等方式收集。边料收集方式可采用人工剪切、折弯等方式，也可以通过电动破碎机切断破碎。

人工收集边料，劳动强度大，效率低；电动破碎机运行噪声大，且存在剪断长度不一致、易产生颗粉尘、不容易收集等缺点。本文介绍一种能随压力机一起工作并自动切断边料装置，通过压力机凸轮控制器发出电信号控制气缸动作，能自动将边料切断、掉落边料箱中。

1 剪切力的理论计算

剪切力的计算：根据公式F=τ×S，可计算所需剪切力大小。

F—剪切力N

τ—材料的剪切强度MPa

S—材料的横截面积mm²

2 压力机边料自动切断装置结构介绍

该装置主要由上剪刀、下剪刀、气缸、连接块、压料块、机座、底板、以及冲压力机配套的电子凸轮控制器（或可调式机械凸轮控制器）、二位三通电磁换向阀等部件组成。结构示意图见图1。

图1 自动切料装置装配示意图

上剪刀由气缸带动在机座U型槽内上下运动。常规剪板机的上剪刀与下剪刀刃口存在夹角，即剪切角度，通常剪切角度控制在0.5°～2°范围内，剪切角度越大，剪切同样材料所需剪切力越小，剪板机剪板宽度越长，剪切角度会越小。该自动切断装置与常用的剪板机结构、原理相似，上剪刀刃口面做成斜面，由于剪切机构用于压力机的边料切断，材料宽度有限，将剪切角度控制在4°～12°，可有效降低剪切力，剪切机构部件也做得小巧。设计制作时，剪切角度大小可以根据剪切材料的宽度、气缸行程等因素综合考虑。通常剪板机的剪切角度由上剪刀加工成斜度而成，剪切力的计算公式如下：

F=τ×h2/2×tan（90-α）

F—剪切力N

τ—材料的剪切强度MPa

S—材料的厚度mm

α—剪切角度°

下剪刀固定在机座上，剪刀刃口锋利、平整。上、下剪刀不仅要有一定的剪切角度，同时上、下剪刀还需要有剪刀间隙，剪刀间隙一般为剪切材料厚度的10%。剪刀间隙过小，上下刀片刃口咬合时会出现问题，如影响刀片刃口锋利度或造成刀片刃口的崩裂；剪刀间隙过大，则会造成剪切出来的工件毛刺大、断口不平整等情况，甚至会造成剪刀卡死、设备损坏。

设计制作时，下剪刀设计为可调整剪刀间隙的结构，如腰型孔、调整垫片等结构来调整剪刀间隙。安装、调整剪刀时，可使用塞尺检查、调整其间隙。同时，剪刀应安装、拆卸方便，可修磨、重复使用。

气缸是剪切切断的动力执行部件。根据冲压速度、材料厚度等参数，气缸行程选择在20mm～50mm范围内合适，气缸行程过长，则剪刀运动时间长，不能与压力机冲压速度匹配，影响送料精度；气缸行程过短，则剪切刀的倾斜角度会偏小，从而所需的剪切力偏大，剪切装置整套结构会变大。气缸缸径的选择，可根据所需材料剪切力大小来计算，计算公式可参考F=P.S=π×D2×P/4

F—剪切力N

P—气缸气压压力MPa

D—气缸缸径mm

下剪刀与气缸活塞杆通过连接块连接，连接块设计、制作时，要考虑便于下剪刀拆卸、修磨、调整。压料块安装在下剪刀上方，两者间需保持一定间隙，该间隙具有限位作用，可有效避免边料在剪切过程中因受力被抬高、移位而影响送料精度。

同时，可采用腰型孔结构，调整该间隙，以满足不同厚度材料剪切。机座用于固定下剪刀、压料块、气缸等部件。机座内部加工成U型槽，该槽有导向、定位作用，便于上剪刀在此U型槽内上、下自由滑动。上剪刀在机座滑动要保持一定间隙，该间隙一般控制在0.1mm以内比较合适，间隙太大，剪切容易发生偏移，间隙太小，剪切因摩擦力大而容易磨损。

电磁阀换向阀是气缸动作的控制单元。由于压力机冲压速度快，气缸剪切运动时间短，因此电磁阀换向阀选型一定要考虑其响应动作时间，响应动作时间越小，电磁阀换向阀越灵敏，气缸动作越快，否则剪切时不容易发生干涉而引起送料不平稳。根据使用经验，压力机冲压速度在120次/min以上，电磁阀换向阀的响应动作时间要小于30ms，冲压速度越快，响应动作时间越小。

3 压力机边料自动切断装置的自动控制

压力机通常配套电子凸轮控制器或可调式机械凸轮控制器，压力机每周期的运行位置可通过凸轮控制以圆周的方式反应出来，因此，压力机一般都用凸轮控制器作为压力机的信号发讯器。压力机通常采用滚轮送料器或伺服送料器送料，送料角度一般设置为270°～90°，即压力机在270°位置开始送料，90°位置送料结束。剪切动作应在送料结束后才开始剪切动作，且在下一次送料前完成剪切动作，这样剪切动作不会影响压力机送料精度。因此，剪切时机一定要把握控制好，否则会影响送料精度。剪切角度一般设置在90°～200°范围内，可保证送料结束后将材料切断且不会影响送料精度。再结合计数器，计数达到设定值就剪切一次，以及利用计数器的复位重新开始计数功能，可实现连续重复动作以及剪切长度可调整。因此，通过利用凸轮控制器给出压力机的位置信号和计数器计数，该装置可实现能随压力机一起连续自动同步运行。

由于该电子凸轮控制器具有角度设置、计数、裁断等功能，采用PAC10电子凸轮控制器的压力机安装切断装置，只需要利用电子凸轮控制器的裁断功能，设置裁断计数次数等参数，即冲压次数达到该计数值就剪切1次，同时还需要设置所对应的凸轮控制器角度，该角度即剪切角度，一般设置在90°～200°范围内，在这角度范围，所对应的中间继电器接通并控制气缸电磁换向阀换向动作，气缸剪切动作。冲压次数每达到裁断计数值，其电子凸轮每发一次电讯号，气缸实现一次自动剪切。由于机械凸轮控制器不具有计数功能，采用可调式机械凸轮控制器作的压力机安装切断装置时，还需增加一个具有通电时间保持功能的计数器。该计数器用来计算冲压次数，计数达到设定值，计数器的继电器接通输出，其通电保持时间就是气缸电磁换向阀的接通时间，即气缸剪切动作时间。

4 压力机边料自动切断装置应用及效果分析

表1 切断装置实测数据

表1为切断装置生产部分数据，从表中数据可看出该装置可适用不同规格材料的剪切切断，能在冲压速度为140次/min的压力机上使用，边料切断长度公差可控制在0.2mm以内，切断长度可调节为送料步距的整数倍。

桂林金格电工电子材料科技有限公司是生产电工触头材料的主要企业之一，其银合金复合带材常规冲压生产采用拉动式送料、人工手动折弯、剪断边料，劳动强度大，边料撒落在地面上，影响现场生产环境。现改为使用本装置用于银合金复合带材的生产，其安装在送料器末端，通过凸轮控制器控制气缸运动，在不影响送料精度情况下，实现冲压过程自动切断边料，断口平整，切断长度公差可控制在0.2mm以内，即减轻劳动强度，又改善了生产现场环境，避免边料污染。

5 结论

该边料自动切断装置适用于拉动方式的送料器的压力机上使用。该装置利用压力机凸轮控制器给出压力机的位置信号以及计数功能，通过电磁换向阀控制气缸动作，随压力机一起工作，能自动切断边料；采用压缩空气作为动力源，能耗小；剪刀剪切角度大，剪切力小，剪切运行平稳且不影响送料精度；边料切断长度一致、断口平整，剪切长度可调整，调整范围为送料器送料步距的整数倍。