2.5MN上切式剪切机机构设计及其三维建模与仿真-文献综述

安徽工业大学学生毕业设计

文献综述

题目上切式剪切机的设计三维建模及仿真院（系）机械学院

专业班级

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1、前言

剪切机是用于剪切金属材料的一种机械设备,剪切机的用途就是用来剪切定尺切头、切尾、切边、切试样及切除轧件的局部缺陷等。轧钢车间生产的产品，一般都需要切头、切尾、修边和定尺剪切。可以说在一般的轧钢生产车间中，剪切机是属于关键性设备，剪切机的生产率在很大程度上影响着车间产量。在轧制生产过程中，大断面钢锭和钢坯经过轧制后，其断面变小，长度增加。为了满足后续工序和产品尺寸规格的要求，各种钢材生产工艺过程中必须有剪切工序。

金属成形及剪切概述

金属材料在外力作用下会产生形状的改变，即变形。当外力去除后，如果金属材料形状的改变能完全恢复至初始状态—金属材料的形状、尺寸和组织性能等与初始状态无异，则此种变形称之为弹性变形。当外力去除后，如织金属材料的形状改也不能完全恢复至初始状态而产生永久的残余变形，则此种变形称为塑性变形。金属材料所具有的这种塑性变形能力被称为金属的塑性。利用金属的塑性，使之在一定外力作用下产生塑性变形，从而得到所需形状、尺寸精度和组织性能的产品的加工方法，称为金属塑性成形，它是一种针对金属材料的重要加工方法，在机械制造、冶金工业等部门中应用厂泛。事实上，不仅金属材料具有塑性，很多非金属材料也都具有塑性。即使某些在常温、常压下难以变形的脆性材料，在高温、高压下也会表现出良好的塑性。但相对于非金属材料而言，绝大多数金属材料的塑性变形能力都较强。如果不考虑切头、去尾、火托等损失，那么金属材料的质量在塑性成形前后可看做没有发生变化，因此塑性成形是无屑或少屑的金属加了方法。

剪切是其中比较重要的方式之一，因为在各种加工方式中，剪切这种方式最简单，成本低，应用也最广，它可以作为其他冲压加工的原材料。板金属冷弯成型产品越来越多被应用于实际生产中，而剪切是冷弯成型的一道工序，是为它提供冷弯材料，原材料的好坏会直接影响到终端产品的质量好坏。

板材剪切工艺

剪切工艺包括平板材料的剪切，比如薄板和中厚板。这种剑气如可以由机械、液压或者气体为动力驱动的专用机器上通过不同类型的刃口或者刀具来实现。通常的操作工序包括对坯料的刚性夹持，上部刃口施加作用力于坯料，且当该刃口向下移动通过固定的下刃口时，坯料的剪切就被完成了。

在剪切工艺中，我们应注意三个阶段:在阶段一中，由于剪切力F的作用，材料所受的应力要比屈服应力小(z +e )，这种状态称为弹性变形(图所示)。为了防止材料在切断过程中的移动，压料装置对材料施加Fd的力来压紧。在阶段二中，材料所受的应力比屈服应力高但是要比UTS低，这样状态称为塑性变形(ze

刃口切过的裁剪边会相对光滑，而在撕裂的部位纹理会相对粗糙些。

根据剪切机刀片形状、配置以及剪切方式等特点，剪切机可分为平行刀片剪切机、斜刀片剪切机、圆盘式剪切机和飞剪机。

根据剪切轧件时刀片的运动特点，平行刀片剪切机可分为上切式和下切式两大类。

剪切机优点：和锯切机相比，没有噪声，剪断后断面没有毛刺，剪切长度容易掌握。

剪切机缺点：和锯切机相比，不能剪切太复杂的断面，并且它的生产效率比锯切机低一些。

2、现状

目前中国剪切机产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如质量差、工作效率低、资源消耗大、环境污染严重、对自然资源破坏力大、维修繁琐需高技术人员等等。如某厂中板生产线于1975年投产, 设计能力为18 万t /年, 成品厚度为6 ~ 20mm, 最大宽度2100mm。生产线上共有4台剪切机, 其中两台纵剪完成对钢板的纵剪切任务, 两台横剪完成钢板头部和长度定尺剪切。随着轧机、矫直机和冷床等设备的不断改造和更新, 使产量提高到了100万t /年, 随之带来的问题是剪切能力不足, 故障频繁出现, 暴露出越来越多的问题。特别是当剪切厚度大于20mm的钢板时, 由于剪切能力差, 被迫改为火焰切割, 不仅速度慢而且切割质量满足不了客户的要求, 成为影响企业外部形象和经济效益的难题3、剪切机的分类

根据剪切机刀片形状、配置以及剪切方式等特点，剪切机可分为平行刀片剪切机、斜刀片剪切机、圆盘式剪切机和飞剪机。

根据剪切轧件时刀片的运动特点，平行刀片剪切机可分为上切式和下切式两大类。

（1）平行刀片剪切机

这种剪切机的两个刀片是彼此平行的，通常用于横向热剪切初轧坯(方坯、板坯)和其它方形及矩形断面的钢坯，故义称为钢坯剪切机，初轧车间的800t剪切机就属于这种平行刀片剪切机。

（2）斜刀片剪切机

这种剪切机的两个刀片中的一个相对于另一刀片成某一角度，一般上刀片是倾斜的，其倾斜角为1‘-6‘。此类剪切机常用于冷剪和热剪钢板、带钢、簿板坯及焊管坯等。

（3）圆盘式剪切机

这种剪切机的两个刀片做成圆盘状板和带钢纵向剪切成窄条。

（4）飞剪机

这种剪切机用于横向剪切运动着的轧件.

4、几种典型剪切机的介绍比较

（1）、滚切式剪切机

滚切式剪机自20世纪70年代应用于生产后，得到了一定的发展。这种剪机剪切板才的切口光滑，板材无变形，切边平直度较高，能耗小寿命长，产量高，特别适合于中厚板的切边且定尺和纵向部分。

在普通斜刀片剪切机上剪切厚度大于20mm板材时，由于刀片行程大，易使板材产生横向弯曲，在剪切侧边时板边也不齐，影响板材的剪切质量和产量而滚切式斜刀片剪切机上刀刃是弧形的，弧形的上刀刃在平直的下刀刃上滚动剪切。此时，在整个剪切范围内刀片重叠量不变，被剪板材几乎不弯曲。这种剪切机的开口度比斜刀片剪机大一些，但其总行程却小30％—40％，故其曲柄半径小，传动力矩小。此外滚切式剪机运动的上刀片与被剪板材之间只产十很小的相对运动，刀片磨损小。

滚切式剪切机是一种先进的中厚板剪切机，滚切剪与传统的剪切设备斜刀剪相比具有剪切钢板质量高、能耗小、寿命长和产量高等优点《滚切式定尺剪机构参数优化研究》通过对该滚切式定尺剪机构运动学研究，求解上刀架任意点的轨迹，发现剪刃重叠量存在较大的偏差，因此通过结构参数优化来使剪刃重叠量更加均匀，为其它滚切式剪切机机构的设计和优化提供理论依据。理想状态下，剪刃的剪切轨迹是一条水平的直线，但从气求解图可以看到，剪切轨迹与参考水平线的偏差比较大，也就是说剪刃重叠量的变化比较大。剪刃重叠量的均匀度是钢板剪切质量的重要影响因素，因此需要通过结构参数优化来提高剪刃重叠呈的均匀度，从而提高钢板剪切质量。剪切机构参数优化的目标就是让剪切过程最接近纯滚动剪切，即在消除横向位移的同时使剪刃重叠量变化最小、最均匀。剪切质量的好坏直接影响钢板的实物质量，本文通过某剪切机构参数的优化使剪刃重叠量控制在很小的范围以内变化，达到剪切过程剪刃基本无水平位移的近似纯滚动

剪切，为提高剪切质量提供了保障。