圆盘剪分条剪切力计算方法
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s
D =
2R x
h 1
h h
2l 1
l x
l l
α
1
αx α2
αA ’
B
B ’C
E F G A C ’
G ’
E ’
F ’
X
Y
p 1
p 2
p 3
o 1
o 2 图1 圆盘剪剪切过程示意图
总剪切力的计算为: )
(3210p p p k p ++= (1)
式中:
0k ——考虑剪切磨钝后使用总剪切力增加的系数,.2
11.10~=k ;
1p ——剪切金属所需的剪切力/kN ; 2
p ——剪切过程中使贯穿裂纹连续扩展所需的作用力/kN ;
3
p ——弯曲切边所需的作用力/kN 。
1、1p 计算
当D 、h 、S 一定后,咬入角0a 为 )
1(c o s 1
0D
S h a +-
=- (2)
式中:
h
——被切板厚/mm ;
S ——剪刃重叠量/mm ; D ——圆盘剪直径/mm 。 与咬入角0a 相应的x
坐标为l
2
4
4
2
2
Sh h
S
Rh RS l -
-
-
+= (3)
在剪切区内,与任一坐标x
所对应的瞬时被剪件高度为x h
2
22
2
)
(22
x R l
R h h x ---+= (4)
式中:
R ——圆盘剪半径/mm 。
设金属开始断裂时的相对切入深度为1ε,剪切薄板时取5
1
25.1σε≈,5σ为被
剪板的延伸率。
开始断裂时被剪件瞬时高度为1h )
1(11ε-=h h (5)
与1h 所对应的x
坐标为1l
由式(4)
2
1
22
212
2
l R l
R h h ---+=
得:
2
1
2
2
1
2
1
2214⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡---=l R h h l l εε (6)
稳定的剪切面积0F
180
)
sin
(sin
)2
()()(1
1
1
22122
212
201
π
R l R
l R l R l
R h l l R h l x d h F l
l x ------
-+--+==
⎰
(7)
从而可得
10m a x 1F k F p b στ== (8)
式中:
1k ——应力换算系数,5
.707.0max 1~==
b
k στ
b σ——被切板抗拉强度极限/Mpa;
2、2p 计算
c
G l p 32= (9)
式中:
c G ——裂纹扩展单位面积所需的能量
s
c h G σ
βεμμ1)21)(1(-+≈ (10)
μ——被剪金属波桑系数,钢板3.0≈μ
;
β——断裂力学中的COD 降低系数,高强钢取1.0,中等钢取1.5,低强钢取2.0~2.6;
3l ——裂纹长度/mm ;
s
σ
——被切板屈服强度极限/Mpa
看图1所示,当0
221>=-s o o R 时,
213l l l -= (11)
2
l ——上、下剪刃空间相交点G 的x
坐标长/mm 。
当
2l x <后,切边和母体金属将完全费力并以不同方向运动。
当0
221==-s o o R
时,2l =0,则3l =1l ;
当0
221<=-s o o R
时,上下剪刃没有空间相交点,所以不存在2l ,即2l =0,
3l =1l 。
3、3p 计算
产生贯穿裂纹后,剪刃作用在切边上的压力,是切边被弯曲并改变运动方向的主要原因。
设在1l 范围内剪刃作用在切边上的压力合力3p 作用在2
l 的作用线上,在力的
作用下,切边在咬入处产生塑性弯曲,则
)
2
(4)
21(412
12
3l l bh l bh p s
s
-
=
-
=
σσ
(12)
式中:
b
——切边宽度
因3p 与1p 、2p 不在同一作用线上,根据等效力矩原则,将其换算到1p 、2
p 作用线上。对剪刃中心取力矩,换算到1p 、2p 的3p 为
)
2
)((4112
13l l l l bh l p s
-
+=
σ
(13)
由式(1)知:总的剪切力为:P?
考虑到刀刃磨钝的影响,增大15%~20%,这里取20%,
%)
201(+=p P
圆盘剪上的剪切力可根据作用在刀片的力矩来计算,在上下刀片直径、速度都相等而且都驱动时,则与简单轧制情况相似,合力p 垂直作用在刀片上,这时转动刀盘所需的力矩为:
α
sin 1PD M =
驱动圆盘剪的总力矩为:
)
(21M M n M +=
式中,n ——刀片对数