一種帶柄異形棒材刀片柄部延伸面的計算及其加工

劉潘儒

摘 要：著眼于實際中的一種帶柄異形棒材刀片的制造，針對其柄部延伸面以往簡單粗糙的加工方法（劃線對刀柄打磨相結合），對刀片圖紙進行了較為詳細的分析和討論，經過數學運算，提出了兩個重要而簡單的計算公式，結合特定的工裝和機床，得出了該刀片柄部延伸面的詳細的加工流程，使得實際加工簡單易行。

關鍵詞：異形刀片；交匯線；刃口；三維模型；工藝

中圖分類號：TH162+.1文獻標識碼：A文章編號：2095-7394（2015）04-0001-04

0 引言

帶柄異形刀片是一種剪切棒線材的小型刀片，在棒材廠軋鋼車間生產線上，一般剪切小規格熱軋帶肋鋼筋，一般設計刀片材質為4Cr5WMoVSi，硬度為HSD63～68，剪切斷面Φ10～32mm，剪切溫度≥700℃，軋件速度10～18m/s，適用于普通熱軋鋼筋成品倍尺剪切[1]。在刀片家族中，它的使用量雖不及圓刀片或矩形刀片多，但也不可或缺，在實際剪切時，首先由柄部圓弧導向，上下刀片刃口逐步相互靠近形成咬合，最終使得剪切順利完成。相對于圓形或者矩形刀片其形狀比較復雜，所以在實際的機械制造過程中，柄部延伸面的計算與加工就比較困難。柄部以往傳統加工方法是劃線對刀和打磨相結合，打磨量較大，實際也不很光整，而刀片柄根部理論上要求光滑平整，所以就需要科學的數據和方法。本文針對這類刀片的柄部延伸面，較為詳細的分析了其刀片圖紙，經過數學運算，提出了兩個重要而簡單的計算公式，結合特定的工裝和機床，得出了該刀片柄部延伸面的詳細的加工流程，使得實際加工簡單易行。

1 異型刀片及其工藝的簡介

圖1就是一種典型的帶柄異形刀片，柄部導向為R100，其中刃口后角面與導向柄斜面相互延伸形成了復合交匯線即為刀柄根部，為了便于理解，我們也造出了它的三維模型，如圖2。

圖1

圖2

那么形成交匯線的兩斜面在實際中是如何計算與加工的呢？在現在三維造型軟件盛行的時代，解決它的計算當然是不成問題的，但是實際操作中還是比較麻煩，每次角度稍有變化都要打開三維軟件，然后再造型測量，是否有一二個公式可以直接計算呢？答案是：有。

具體要從刀片的加工工藝過程說起：1.銑六方；2.劃線，鉆孔；3.銑刃口面，銑柄部斜面（非延伸部）；4.上工裝，銑后角面（不及柄部根延伸部）；5.上工裝，擺一角度，銑后角面（柄根延伸部，后角面成），扳銑頭銑柄根延伸部（刀柄斜面成）；6.檢驗；7.淬火；8.磨，打磨，檢驗入庫等。

其它過程都很簡單，難點就是第5道工序，具體過程參看圖3。首先需要一個斜度工裝2，使得刃口后角面水平，然后刀片1連同工裝2一起相對于工作臺水平橫向偏轉一個角度x，以便端銑后角面（柄根延伸部），隨后裝夾不動，銑頭3擺動一角度y，在銑床X53縱向側銑出柄根延伸部。

江蘇理工學院學報第21卷

2 加工中兩個重要參數的計算

2.1 裝刀工裝水平偏轉角度x的計算

其實角度x就是，在后角平面上刀柄斜面和后角面的交線（如圖1中R3根部斜線）與縱軸線的夾角。首先我們根據刀片柄根部形狀構造一個四面體ABCD，如圖4，面ABC為后角面，面ABD為刃口大平面，AB為交匯刃口線，則∠ADB為刀柄斜面角度（即如圖1中15°位置），設為α，∠CBD，為兩面夾角（即如圖1中90°-25°的位置），設為β，則∠ACB即為要計算的角度x。根據解析幾何[2]，tanx=ABBC=tanα·BDBD/sinβ=tanα·sinβ，所以工裝擺角x=arctan（tanα·sinβ）。

圖1中，x=13.6°（α=15°，β=65°）。

2.2 銑頭擺動角度y的計算

圖4中角度y′是后角面與刀柄斜面內延伸面的夾角。顯然y=180°-90°-y′，要求y需要先求出y′，同樣在四面體ABCD內，設點B在面ACD上的投影點為點D′，因為面ABD與面ACD垂直，所以點D′就落在直線AD上，顯然線BD′垂直于面ACD，也垂直于面內直線AC，所以過直線BD′作一平面垂直于直線AC，交點設為C′，顯然∠BC′D′即為要計算的角度y′。根據解析幾何[2]，tany=ctany′=tan∠C′BD′=D′C′/BD′=sin∠C′AD′/tan（90°-α）=tanα·sin arctan（tanβ/cosα），所以銑頭擺動角度y=artan{tanα·sinarctan（tanβ/cosα）}，實例圖1中，y=13.6°（α=15°，β=65°）。

圖4

3 結語

本文著眼于實際中的一種帶柄異形棒材刀片的制造，針對其柄部延伸面以往簡單粗糙的加工方法，對刀片圖紙進行了較為詳細的分析和討論，經過數學運算，提出了兩個重要而簡單的計算公式，結合特定的工裝和機床，得出了該刀片柄部延伸面的詳細的加工流程，使得實際加工簡單易行。

在實際應用中，利用本文提出的公式，在計算器的幫助下，一分鐘就可以得出x，y，方便快捷，簡單而科學，使操作者思路清晰，同時，也降低了打磨工的工作量，產品的表面質量也得到了提高。

同時，對操作者還有兩點需要提醒：一是在刀片工裝裝夾好，動刀之前，對首件可以用靠表檢驗柄部斜面（非延伸部）是否跳動（兩個垂直方向檢驗），因為是一個面所以不應該跳動太大；二是因牽涉到接刀，所以后面一刀要細心點，不能有明顯的臺階，而根部圓角一定要光滑過渡，以防止淬火應力集中而產生裂紋。

參考文獻：

[1]劉寶生.小型棒材軋機飛剪剪刃結構改進與優化[J].山東冶金，2009，31（4）：74-76.

[2]同濟大學數學教研室.高等數學[M].北京：高等教育出版社，1996.

[3]候玉龍，周子媛.刀架取消斜墊板后刀片貼合曲面設計加工[J].機械研究與應用，2013，26（2）：125-126.

[4]宋寅，姚斌，沈志煌，等.可轉位刀片圓弧過渡刃曲面的成形理論[J].機械設計，2013，30（6）：90-93.

[5]安媛，邢濟收.基于PRP/ENGINEER的螺旋立銑刀刀體建模[J].北京信息科技大學學報：自然科學版，2012，27（1）：95-98.

[6]李文飛，陳再良，趙亞平，等.電動四輪割草機刀片制動機構的設計研究[J].蘇州大學學報：工學版，2012，32（2）：52-55.

Computing and Processing of the Handle Portion Extending Surface for a Bar Blades with Special-shaped Handle

LIU Pan-ru

（Changzhou Baoling Heavy & Industrial Machinery Limited Company，Changzhou 213019，China）

Abstract：Focusing on the manufacturing for a bar blades with special-shaped handle in practice and aiming at the past simple rough methods——scribbling，setting blade and grinding，and machining handle portion extending surface of the blade——this paper analyses and discuses the blade plans，and based on the mathematical calculations，gives two important but simple calculation formula for the specific tooling and machine tool，obtains a detailed machining process for the handle portion extending surface of bar blade，making the machining method simple and easy in practice.

Key words：special-shaped blade；intersection line；cutting edge；three dimensional model；techniques

責任編輯 祁秀春