Inner Mongolia University of Science brief introduction for the matching between shear and shaft; research on some parameters; calculation on some mechanical parameters (such as cutting capacity, cutting torque and motor power, etc.) as well as study on the calculation of shear diameter. This is of reference value for the design and calculation for disc shear.Key words: Strip disc; Shear structure; Parameter; Blade; Shaft圓盤(pán)剪用于 剪 切 帶 材 的 邊 部 和 把 寬 帶 材 切 分 成窄帶材 ，被廣泛用在板帶第 2 頁(yè)生產(chǎn)車(chē)間和輔助作業(yè)機(jī)組中，如橫剪機(jī)組 、縱剪機(jī)組 、重卷機(jī)組 、酸洗機(jī)組 、鍍 錫機(jī)組及焊 接 機(jī) 組 等 。 圓 盤(pán) 剪 工 作 好 壞 直 接 影響 到產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 。 針 對(duì) 某 廠 1700mm橫切機(jī) 組 將 來(lái) 料 帶 卷 進(jìn) 行 橫 切 的 要 求 ,我 們 設(shè) 計(jì) 了 1700 圓 盤(pán) 剪 與 之配 套。 下 面 對(duì) 其結(jié) 構(gòu)和主要參數(shù) 的 選 擇 與 計(jì) 算 等 問(wèn) 題 進(jìn) 行 分 析 探討。1. 1700圓 盤(pán) 剪 技 術(shù) 性 能剪切材質(zhì)： 扎制鋁和鋁合金帶材；剪切帶鋼速度 V=1~3 m/s, 取 3 m/s; 剪切帶鋼強(qiáng)度 ≤600MPa 取 600MPa；b?剪切帶鋼厚度 h=0.5~2.5 mm；剪切帶輪寬度 B=700~1500 mm；剪刃的擺動(dòng)不超過(guò) 0.1 mm， 不平行度 0.01 mm；?上下剪刀的側(cè)間隙 0.05 mm， 重疊度 S=0~0.3 mm；??電機(jī)型號(hào)為 Y180L—4，N=22kW，n=1470r/min；減速器速比 i=6.92；機(jī)架移動(dòng)馬達(dá)，型號(hào) BM1-80。2. 1700圓 盤(pán) 剪 結(jié) 構(gòu) 分 析1700圓盤(pán)剪由直 流 電 機(jī)、傳 動(dòng) 底 座、聯(lián) 軸 器 與制動(dòng)器、聯(lián)合齒輪減速機(jī) 、移動(dòng)油缸 、圓盤(pán)剪本體和固 定底座 等 部 分 組 成 （ 見(jiàn) 圖1 ）。 本 文 著 重 對(duì) 圓 盤(pán)剪 本體 結(jié) 構(gòu) （ 見(jiàn) 圖2 ） 進(jìn) 行 分 析 與 介 紹 。 該 機(jī) 直 流電機(jī)的扭矩通過(guò)刀軸的傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)上下刀軸 ，帶動(dòng)上下刀盤(pán)旋轉(zhuǎn) ，從而完成對(duì)板帶的剪切。圖1 圓盤(pán)剪結(jié)構(gòu)示意圖1-直流電機(jī)；2-傳動(dòng)底座；3-聯(lián)軸器與制動(dòng)器；4-聯(lián)合齒輪減速機(jī)；5-移動(dòng)油缸；6-固定底座；7-活結(jié)螺栓；8-圓盤(pán)剪本體第 3 頁(yè)圖2 圓盤(pán)剪本體結(jié)構(gòu)示意圖1-活動(dòng)支座；2-萬(wàn)向節(jié)軸；3-傳動(dòng)側(cè)機(jī)架；4-重疊量調(diào)整裝置；5-本體底座；6-萬(wàn)軸裝配；7-操作側(cè)機(jī)架；8-T型螺栓；9-機(jī)架移動(dòng)裝置2.1 機(jī)架兩 個(gè)機(jī)架 左 右 對(duì) 稱 布 置 ， 上 下 刀 軸 裝 在 傳 動(dòng)側(cè)機(jī)架 （ 3） 上， 兩個(gè)機(jī)架上設(shè)有刀盤(pán)重疊量調(diào) 整 機(jī)構(gòu)（ 4）。當(dāng)對(duì) 刀 軸 進(jìn) 行 配 刀 時(shí) ， 利 用 機(jī) 架 移 動(dòng) 裝 置 （ 9） 帶動(dòng)操作側(cè) 機(jī) 架 （7 ） 在 本 體 底 座 （5） 上 移 動(dòng) ， 從而 完成與 刀 軸 的 分 離 ，按 照 工 藝 要 求 進(jìn) 行 調(diào) 整 操作。當(dāng)完成調(diào)整更換刀盤(pán)時(shí) ，首先依靠 T 型螺栓把操作側(cè)機(jī)架 （ 7） 鎖緊到本體底座 （ 5） 上 ，再 利 用 四 個(gè)活 結(jié)螺栓 鎖 緊 本 體底 座 與 固 定 底 座 ， 防 止 機(jī) 架 移動(dòng)。機(jī)架由鑄鋼件制成 ，具有足夠的強(qiáng)度與剛度。考 慮 到 提 高 作 業(yè) 效 率 和 適 應(yīng) 剪 切 不 同 寬 度 與厚度的板帶的要 求 ， 采 用 可拆 卸 的 本 體 底 座 ， 即 用兩 套機(jī)構(gòu) 完 備 的 圓 盤(pán) 剪 本 體 ， 一 套 在 作 業(yè) 線 上 工作 ，另一套在作業(yè)線外調(diào)整和更換刀片。 本體機(jī)座更換時(shí)先操作安裝在固定底座上的油缸 ，使萬(wàn)向接軸與活動(dòng)接軸脫 離 ， 再 將 活 結(jié) 螺 栓 松 開(kāi)， 使 得 本 體底座與固定底座松開(kāi) ，此時(shí)可將圓盤(pán)剪本體部分拆卸到線外。開(kāi)動(dòng)機(jī)架移動(dòng)裝置 ，按照生產(chǎn)與工藝要求 進(jìn)行配刀 。 由 于 采 用 了 可 拆 卸 式 圓 盤(pán) 剪 本 體 裝置 ，大大縮短了配刀輔助時(shí)間。2.2 圓盤(pán)剪本體分離活動(dòng)接軸活動(dòng)接軸 （ 1） 是連接圓盤(pán)剪本體與聯(lián)合齒 輪 減速 機(jī)的橋梁。 當(dāng) 處 于 作 業(yè) 線上 的 本 體 需 要 根 據(jù) 工藝要求進(jìn)行刀軸裝配時(shí) ，啟動(dòng)固定在固定底座上的油缸 ，使得接軸支座在固定支座上由右緩緩滑動(dòng)至左 端終 止 位 置 （ 萬(wàn) 向 接 軸 （ 帶長(zhǎng) 度 補(bǔ) 償 ） 縮 短 ） ， 此時(shí)， 圓 盤(pán) 剪 本 體 與 聯(lián) 合 齒 輪 減 速 機(jī) 脫 離 。 反 之 ， 亦然第 4 頁(yè)。2.3 可控力矩機(jī)架移動(dòng)裝置圓盤(pán)剪活動(dòng)機(jī)架 （ 即左機(jī) 架 ） 由電機(jī)拖動(dòng) ，在移 進(jìn) 工作位 置 時(shí) ， 既 要 準(zhǔn)確 到 位 保 證 能 夠 有 效 支 承上 、下刀軸 ，又不能對(duì)刀軸產(chǎn)生過(guò)大的軸向推力 ，以免破壞預(yù)緊軸承的受力均衡狀態(tài) 。 為此 ，在機(jī)架移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中將摩擦離合器與超越離合器結(jié)合 ，實(shí)現(xiàn) 了單方向可 控 力 矩 機(jī) 架 驅(qū) 動(dòng) 方 式 。 機(jī) 架 推 進(jìn) 時(shí)僅摩擦離合器工作 到位后摩擦離合器打滑限制軸向 推力 ； 退 出 時(shí) 摩 擦 離 合 器 與超 越 離 合 器 并 聯(lián) 工作 ，保證有足夠大的力矩將機(jī)架移出工作位置。2.4 刀盤(pán)重疊量調(diào)整裝置刀盤(pán)重疊量調(diào)整機(jī)構(gòu) （ 4） 為手動(dòng)操作 。 通 過(guò) 渦輪蝸桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)固定在偏心套上的齒輪 ，從而帶動(dòng)上下刀軸做相向或相背運(yùn)動(dòng) ，實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)重疊量的調(diào)整。2.5 刀盤(pán)側(cè)向間隙的調(diào)整刀 盤(pán) 側(cè) 向 間 隙 是 在 配 刀 時(shí) 用 推 出 環(huán) 與 隔 離 環(huán) 來(lái)確定的 ，工作時(shí)不再調(diào)整 。由于生產(chǎn)工藝的多變性 ， 需要有多種 規(guī) 格 的 隔 離 環(huán) 滿 足 不 同 的 要 求 ， 同時(shí)對(duì)刀軸、刀盤(pán)以及隔離環(huán)的幾何尺寸要求相當(dāng)嚴(yán)格 。 上下刀軸全 長(zhǎng) 不 平 行 度 不 得大 于 0.02mm， 刀軸 肩工作端 面 的 圓 跳 動(dòng) 度 不 得 大 于 0 .002mm， 表 面粗 糙 度 為 0 .4μm，厚 度 公 差 為 0.005mm。 只 有 這樣， 同時(shí)輔以科 學(xué) 的 配 刀 制 度， 才 能實(shí) 現(xiàn) 剪 切 精 度的可靠性。3 刀 軸 配 刀 制 度為減少配刀時(shí)刀盤(pán) 推出環(huán)以及隔離環(huán)間隙的累 計(jì)誤差，配刀 時(shí) 應(yīng) 在 刀 盤(pán)、推 出 環(huán) 和 隔 離 環(huán) 原 始檢測(cè)的基礎(chǔ)上，上下對(duì)稱配刀 。 即上刀軸配一把厚刀， 或者隔離環(huán)， 那 么 下 刀 軸 也 要 配 一 把 厚 的 刀 或隔離環(huán)； 上邊薄，下邊也薄。 這樣的話，等于通過(guò)對(duì)稱配刀，將刀盤(pán)的精密度提高了一個(gè)檔次。4 1700圓 盤(pán) 剪 工 藝 參 數(shù) 的 選 擇4.1 刀盤(pán)直徑與厚度的選擇刀 盤(pán)直徑與被剪切帶 材 的 厚 度 h 、 刀 盤(pán) 重 疊 量s 與允許咬入角 α 有關(guān) ，用公式表述為 ?cos1???hD第 5 頁(yè)刀 盤(pán)厚度應(yīng)具 有 足 夠 的 剛 度 ， 一 般 ?。?0.06～0 .1） D，刀盤(pán)形狀為圓柱形 ，刀盤(pán)楔角取 90°。刀盤(pán)材料應(yīng)具備強(qiáng)度大 、韌性好和硬度高的特點(diǎn)，剪刃性能與制造工藝密切相關(guān) ，制造性能好 、壽命長(zhǎng)的剪刃 ，必須選用優(yōu)質(zhì)材料 ，精心鍛造 ，合理的 熱 處力，料 選 用 6CrW2 Si， 硬 度 為 56～ 58( HRC)。由 于取向 硅鋼 表 面 燒 結(jié) 有 無(wú) 機(jī) 材 料 ，俗 稱 為 玻 璃膜 ，其硬 度 很 高 ， 在 1700mm硅 鋼 縱 剪機(jī) 組 中 ， 我 們選用硬質(zhì)合金 ，其硬度達(dá)到 67～ 70( HRC)。4.2 刀盤(pán)重疊量的選擇刀 盤(pán) 重 疊 量 與 側(cè) 向 間 隙 與 被 剪 切 帶 材 厚 度 有關(guān) ， 如圖3所 示。 根 據(jù) 剪 切 帶材 的 厚 度， 在 操 作 中對(duì)重疊量適當(dāng)加以調(diào)整。如果剪刃重疊量不夠 ，在剪切時(shí)會(huì)引起機(jī)械超 負(fù)荷和帶材局部 彎 曲；剪 刃重 疊 量 過(guò) 大 ， 則 引 起 帶材的“豎立”。4.3 刀盤(pán)側(cè)向間隙的選擇冷剪時(shí) ，刀盤(pán)側(cè)向間隙一般為被剪切金屬厚度的 9%～ 11%， 在 熱 剪 時(shí)， 側(cè) 向 間 隙 一 般 取 被 剪 切金 屬厚度的1 2%～ 16%。 刀 盤(pán) 的 側(cè) 向 間 隙 還 與 被剪切材料的強(qiáng)度有關(guān) 。 側(cè)向間隙過(guò)大 ，剪切時(shí)會(huì)產(chǎn)生撕裂 ； 側(cè)向間隙過(guò)小，又會(huì)導(dǎo)致設(shè)備超載 ，刀刃磨損加快，帶鋼剪邊發(fā)亮和毛邊過(guò)多 。 生產(chǎn)中根據(jù)鋼帶 厚 度與 強(qiáng) 度 的 變 化， 以 圖 3所 標(biāo) 示 的 曲 線， 適 當(dāng)加以調(diào)整，滿足生產(chǎn)的需要。第 6 頁(yè)圖3 刀盤(pán)側(cè)向間隙、重疊量與板帶厚度的關(guān)系5 1700圓 盤(pán) 剪 力 能 參 數(shù) 的 計(jì) 算5.1 剪切力的計(jì)算剪切力的計(jì)算是圓盤(pán)剪力能參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)， 我們采用“諾沙里”公式進(jìn)行計(jì)算。 即 )7.04tan(02?????bhP式中 P 為作用在一個(gè)刀盤(pán)上的剪切力，N； 為被剪切金屬的強(qiáng)度極限，b?采用 600MPa；h 為被剪切金屬的厚度，mm，設(shè)計(jì)中考慮到生產(chǎn)擴(kuò)大加工品種規(guī)格多因素，取 h=1.5mm；α 為咬入角；ε 0為被剪切金屬的相對(duì)深入，一般采取1.2-1.6δ，計(jì)算時(shí)選用 1.4δ；δ 為被剪切金屬的伸長(zhǎng)率，選用 20%；Dhs2)(1co0?????其中 s 為上下刀盤(pán)的重合量，這里取 S=0.7mm；D 為刀盤(pán)直徑，引用經(jīng)驗(yàn)公式并查表得 D=270mm.將以上數(shù)字代入公式： =0.9926Dhs2)(1co0?????從函數(shù)對(duì)數(shù)表中可以查出 α=6.97°，代入公式：=2184.34N)7.04tan(02????bhP5.2 剪切力矩的計(jì)算計(jì)算剪切力矩可為得到所需的電機(jī)功率做準(zhǔn)備。一對(duì)刀盤(pán)的剪切力矩為 321)(Mn??式中 M為作用于刀軸上的扭矩，Nm；n為工作刀盤(pán)的對(duì)數(shù)（剪切五條n=6)；M1為每對(duì)刀盤(pán)剪切所需的扭矩，M 1=PDsinα，Nm；M 2為刀盤(pán)軸支撐的摩擦力矩，M2—Pdf，Nm；其中 d 為軸承內(nèi)徑，這里取 d=170mm；f 為軸承摩擦因數(shù),f=0.004；M 3為消耗于從活套中曳引帶材的扭矩，在無(wú)活套的機(jī)組中 M3=0。由以上數(shù)據(jù)代入公式，可得出：第 7 頁(yè)M1=PDsinα=71.57Nm；M2=Pdf=1.49Nm；=438.36Nm321)(n??5． 3 電機(jī)功率計(jì)算電機(jī)功率計(jì)算公式 ?DVN102max?式中 M為作用于刀軸上的扭矩，Nm；Vmax為最大剪切速度，這里取3m/s； η為總的傳動(dòng)效率，這里取η=0.85；D為刀盤(pán)最大直徑，D=270mm；由以上數(shù)據(jù)帶入公式，可得出=11.24kW。考慮到該機(jī)組以后的擴(kuò)展需要，取電機(jī)功率為?VN102max?N=22kW。6 結(jié) 束 語(yǔ)1700 圓盤(pán)剪切機(jī)投入生產(chǎn)使用多年，實(shí)踐證明在剪切生產(chǎn)中，技術(shù)上可行，使用上可靠，可大力推廣應(yīng)用。設(shè)計(jì)中充分考慮了如何保證剪切質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、縮短輔助換刀時(shí)間等因素。該機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活、容易掌握、調(diào)整方便準(zhǔn)確、可安裝多對(duì)刀盤(pán)、一機(jī)多用等特點(diǎn)。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中充分考慮到企業(yè)發(fā)展與技術(shù)可行性，有關(guān)參數(shù)的選取留有充分的余地。主要參考文獻(xiàn)[1] 鄒家祥. 軋鋼機(jī)械[M] . 北京：冶金工業(yè)出版社，2005[2] 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000[3] 濮良貴、紀(jì)名剛 . 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