一種鈦合金絲材自動剪裁機的可行性論證

鄭艷霞

（運城學院，山西 運城 044000）

一種鈦合金絲材自動剪裁機的可行性論證

鄭艷霞

（運城學院，山西 運城 044000）

鈦合金絲材作為鈦合金材料的一種，它的剪裁加工的自動化是其能夠加大范圍推廣應用的一個技術性的突破。筆者從鈦合金絲材的各種力學性質開始分析其剪切難度，然后簡要論述了目前常用的鈦合金絲材的剪切夾具，從剪切夾具的方面闡述影響鈦合金絲材的剪裁效果的因素，最后初步論證了一種鈦合金絲材自動剪裁機設計的可行性及意義。

鈦合金絲材；自動剪裁機；剪切夾具；力學性質

鈦若不含合金元素即為純鈦，若是含有合金元素就是我們本文論證的對象鈦合金。鈦合金也分為很多不同的種類，根據它的室溫組織和成分的不同，鈦合金可以分為α鈦合金、β鈦合金、近α型合金、近β型合金以及（α+β）型合金等。鈦合金絲材是鈦及鈦合金材料在形態上的一種重要分類，一般情況下，鈦合金絲材是以盤圓形態出廠供貨使用，在使用過程中，企業或者用戶會根據使用功能和要求進行必要的裁剪。

鈦合金絲材的供貨形態也包括直絲型鈦合金絲材，這就需要鈦合金制備廠家負責其出廠前的剪裁。鈦合金絲材一般用作軍工、電鍍、醫療、體育競技用品、焊絲以及眼鏡飾品等領域，而鈦合金絲材這種材料屬于比較難加工的種類，目前所具備的剪裁工藝又多為人工裁剪，所以鈦合金絲材的剪裁工藝是非常值得我們研究的。

1 鈦合金絲材的力學性質

基于鈦合金絲材的力學性質，如耐腐蝕性比較強、比強度非常高、沒有磁性且與人體親和力非常好并有一定形狀記憶能力等，在航天、軍工等方面可以用鈦合金絲材做加緊固件，不僅可以達到同等效果的強度和性能又因其抗拉強度與密度之比比較高，在此基礎上重量就相對比較輕，所以同時能夠達到減重的目的。同時這些力學性質也意味著鈦合金絲材又可以用于汽車或其他機械的彈簧制作以及醫療器材的制作，特別是醫療行業，因為其與人體的親和性，使得患者和醫生都非常傾向于使用鈦合金制品。又因為其良好的耐腐蝕性可以被制作成各種器材設備用于海底打撈、海水養殖等行業，在水下很長的時間都不會被損壞。

同時鈦合金絲材屈強比比較高、彈性模量比較小、變形抗力比較大、所以加工變形時抗力比較大，它的彈性比較大以及回彈性也就相對嚴重，所以抗剪能力其實是非常好的。再加上鈦合金絲材加工過程中會產生相對較大的粘著力，因此其剪裁和其他的加工過程都會受到相對較大的阻力。而這些問題也對鈦合金絲材的成品質量產生了比較多的負面影響，使用者甚至不能保證剪裁加工后的鈦合金絲材全部都是合乎規格并且功能有效的。

因此，因為鈦合金所具備的眾多良好的力學性能，很多行業和領域都非常關注它，但是又因為其昂貴的造價和不好剪裁等原因限制了它的推廣和應用。

2 鈦合金絲材的剪切夾具

雖無法降低鈦合金絲材的造價，但是經過對其性能進行充分研究，在現有剪切方法的具體實驗和調研的基礎上，認為提高鈦合金絲材的剪裁效率是非常有可能實現的。

首先是鈦合金絲材的剪裁影響因素，去除實驗過程中的設備及人為因素，主要受剪切夾具的種類、規格、效能等的影響，包括剪切刀具的間隙、剪切速度、鈦合金絲材試樣與剪切空洞之間的間隙等等。另外若是所使用的鈦合金絲材尺寸不滿足剪切要求，在裁剪前要先對該鈦合金絲材進行表面加工，這一道加工工序也同樣影響著其剪裁的效率。

詳細來講，我們首先需要了解目前針對鈦合金絲材剪裁較多使用的一種工具，即剪切夾具，如圖1所示。鈦合金絲材剪切夾具是采用的圓形剪切孔，刀口厚度要遠遠大于標準件的剪切夾具。鈦合金絲材與剪切孔的間隙不同其剪裁是接觸點的應力分布也不同，同樣的剪切強度也不同。而鈦合金絲材剪切夾具的剪切刀具之間的間隙則影響到剪裁過程中的彎矩大小，進而影響其剪裁效果，間隙越小，彎矩越小。而鈦合金絲材剪切夾具的剪切速度則對應剪裁過程中的剪切抗力，剪切速度越大，剪切抗力越小。而上文提及的最后一種影響因素，即鈦合金絲材的表面加工工序對鈦合金絲材的剪裁性能影響并不能一概而論，因為實驗者不能確定經過表面加工的鈦合金絲材的剪切性能及其他的力學性能與原本的絲材是否一致，這需要通過實驗進行具體論證。

圖1

3 鈦合金絲材自動剪裁機的可行性分析

為了提高鈦合金絲材的剪裁效率，我們必須努力克服其力學性質帶來的剪切難度，并設計出一種全自動的剪裁機，在理論層面，這是非常有可能實現的。

目前出現的自動剪裁機和各類關于自動剪裁機的新型科研成果有很多，常應用于服裝、汽車、家具、內飾件以及其他輕工業等。而我們所要設計的自動剪裁機所需的功率是比較大的，因此電力驅動是必須的。

鈦合金絲材的剪裁并不容易，它需要較高的剪切速度、鋒利的剪切刀具，在剪切夾具的設計上也要下功夫，如上文所提到的剪切刀具之間的間隙設計、絲材與剪切孔之間的間隙設計等等。與此同時，我們要把簡單的剪切夾具設計成全自動的除了要加入驅動設備連接各項分離部位之外，還需要考慮自動剪裁機的噪聲消除、耗能減小、效率提高、安全設計等等方面。

當然，最主要的還是設計出來的鈦合金絲材自動裁剪機應該滿足能夠自由剪切各種形態、型號、種類的鈦合金絲材，在此基礎上才是該自動剪裁機的其他功能設計。比如加入減震設計和消聲設計以減少設備運行中的噪聲產生；又或者選擇高效率的電動機以減少電能的損耗；設計時也可以考慮多種不同規格的鈦合金絲材設計出一個自動剪裁機具備多個不同類型的刀口這樣的形式，提高自動剪裁機的利用率以降低整體的相對成本等?，F階段存在很多種自動剪裁機的原型可供選擇，實驗者只需要在現有的基礎上改變核心剪切夾具即可將之改變成一種鈦合金絲材自動剪裁機。

現存的自動剪裁機發明也有剪切線型材料的先例。如CN201511019680——一種汽車束線的剪裁機構發明專利，包括底座、滑道塊、剪裁組件、氣缸幾個基本組成構建。

應用在鈦合金絲材的剪裁上面，就是一種成功的把現有人工剪裁工具剪切夾具轉變成自動剪裁機的實現方案。該剪裁機構中兩個剪裁塊相互錯動，由連接桿通過滑道塊連接到動力裝備上去，就能夠把絲材等線型材料按照規定裁剪成需要的長度。不同的是，鈦合金絲材的強度、彈性等等力學性質與一般的線型材料（如汽車束線）是不同的，相應的剪裁塊的設計也應該有所不同。包括刀口的鋒利程度、刀口間距、剪裁速度、剪裁空洞的大小和縫隙等等，都應該根據所需要剪裁的鈦合金絲材的性質進行相應的改變。

4 一種鈦合金絲材自動剪裁機實現的意義

鈦合金絲材作為鈦合金材料中一個重要的分支，它的應用非常廣泛，但是目前而言鈦合金絲材的剪裁依然處于人工剪裁的階段。我們就此文簡要論證了鈦合金絲材自動剪裁機的實現可能性，以期能夠達到以下效果。

第一，解放生產力。鈦合金絲材自動剪裁機一旦實現必將解放一部分參與鈦合金絲材人工剪裁的人工勞力，使得這部分人工可以創造更多的效益。同時，人工剪裁的速度與機械自動剪裁的速度是不能相比的，鈦合金絲材自動剪裁機的實現，必然會使得在同樣數量勞動力的條件下效果翻倍增長。

第二，提高鈦合金絲材的效率和使用頻率。當盤圓形或直絲型鈦合金絲材的剪裁加工效率提高，其生產效率也就相應提高，能夠在一定程度上緩解鈦合金絲材供不應求的局面，這對于鈦合金絲材的應用推廣是非常有益的。

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TQ173.76+5

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1671-0711（2016）12（下）-0083-02