多功能液壓數控剪切機的研制

劉著界

【摘 要】 功能液壓數控剪切機（英文名稱：Multi function hydraulic CNC shearing machine）是一種通過對條形金屬材料的校平送料，并運用數控系統對其進行遞增或者遞減的剪切下料并收集待用的一種大批量智能下料的專用機械設備，主要運用數控平板送料剪切機構，對于大批的條形鋼、鋁、銅等金屬條板做量遞增或遞減的校平剪切工作。

【關鍵詞】 多功能 液壓數控 剪切機

1 研制目的

多功能液壓數控剪切機（圖1）（英文名稱：Multi function hydraulic CNC shearing machine）是一種通過對條形金屬材料的校平送料，并運用數控系統對其進行遞增或者遞減的剪切下料并收集待用的一種大批量智能下料的專用機械設備。主要作用就是金屬加工行業。它可廣泛適用于航空、輕工、冶金、化工、建筑、船舶、汽車、電力、電器、裝潢等行業，在本單位也有廣泛的應用。但市場上這種類型的設備幾乎沒有見到，為了解決這一難題從而更好地為我公司占領市場以供技術支持。有我帶隊組建研發課題組，對多功能液壓數控剪切機進行了設計、試驗、制造。

2 設計方案分析

參考市場上的同類產品，結合本公司的實際使用要求，我公司研發課題組制定了多種方案進行對比，特別是對機械傳動式與液壓傳動式剪切機的比較，按照篩選出的方案對該設備的結構、傳動、電器等方面進行設計，去除機械傳動式剪切機結構復雜、機械笨重、加工制作工序繁多、加工成本高、耗費勞動力大等諸多弊病，設計出了結構簡潔，性能優良，成本低，完全符合本廠使用要求的液壓數控鋼帶剪切機；此剪切機適用于剪切厚度5mm～10mm、長度200mm～500mm的錳鋼材，足以滿足本單位的生產需要。

3 剪切力的確定及受力計算

由于此液壓數控鋼帶剪切機是針對剪切8mm的錳鋼帶而研制的，所以剪斷鋼帶所需要的力即為剪切力，此力可由公式：

（3-1） 計算得出。

P——剪切力；

——被剪切鋼帶極限強度，查表得=660MPa；

h——被剪切鋼帶的厚度，h=8mm；

——上刀刃傾斜角度，=；

把數據代入式（3-1）得：

4 送料機構的相關計算

4.1 外力距的確定

軋件彈逆性彎曲時的外力矩是與軋件斷面上各層纖維應力引起的內力矩相平衡的。理想彈塑性材料軋件外力矩M的計算式：

式（4-1）

式中為距中性層z處軋件斷面的寬度，理想彈塑性材料矩形斷面軋件，它的斷面寬度為常量，即。

dF為距中性層z處的微分斷面面積，。

為距中性層處縱向纖維的應力，區以內的值可以用屈服極限表示，

即： 式（4-2）

將代入上式，得出外力矩計算式：

式（4-3）

當時，

因為：帶鋼厚為h=8mm，故：

當時，

所以最大外力矩是

令 式（4-4）

外力矩計算式可寫成

式（4-5）

式中：為軋件彈性變形區的斷面系數

為兩倍的間斷面塑性變形區面積對中性層的面積矩。

對線性加工硬化材料，z0區以內，；z0區以外，，將與關系代入，得。據此，線性加工硬化材料軋件外力矩M的計算式應該是

式（4-6）

4.2 輥式矯直機力能參數的計算

4.2.1 輥式矯正機的基本參數

輥式矯正機的基本參數包括：輥徑D、輥距t，輥數n，輥身長度L和矯正速度v。其中最主要的是D和t。矯正機基本參數的正確選擇對軋件的矯正質量，設備的結構尺寸和功率消耗都有重要影響。

4.2.2 輥徑D 與輥距t的確定

輥距t是矯正機最基本的參數，輥徑D與輥距t有一定的比例關系（表1），在輥距t確定后，按比例關系可以確定輥徑D并圓整至矯正機參數系列中的數值。

輥徑D確定后，輥子軸頸及與萬向連軸連接處軸頸的強度可以按一般強度計算公式校核。輥子上的矯正扭矩按第三輥的計算扭矩考慮。因第三輥的矯正力P最大。

確定輥距t 時，應該既考慮滿足最小厚度軋件的矯正質量要求，又考慮滿足矯正最大斷面軋件時矯正輥的強度要求。為此，應分別計算最大允許輥距和最小允許輥距。最后確定的輥距t應是（盡量取小值），而且應圓整至矯正機參數系列中的相應數值。

4.2.3 輥頸扭轉強度條件

最大扭轉力矩必須小于輥頸扭轉強度所決定的允許扭矩。據式（4-7）有：

令d=CD，D=，代入上式得：

式（4-8）

取：，，，，

可得：

經過綜合考慮，取t值為120.5mm。

因為，所以輥徑D應該是：

式（4-9）

式中，----扭轉力矩

----抗扭截面系數

----輥頸直徑

----抗彎力矩

對于鋼制矯直輥，按第四強度理論：

式（4-10）

對于合金鋼鍛造矯直輥，取安全系數s=3，強度極限

因為許用強度且。所以本矯直輥能滿足強度要求。

5 結語

多功能液壓數控剪切機的研制成功，標志著我公司對數控設備的研發又向前跨越了一大步，同時也為今后設計制造各型各類的大中液壓剪板機提供寶貴經驗，為公司將來拓展市場打下堅實基礎。

參考文獻

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