多功能液壓數(shù)控剪切機(jī)的研制

劉著界

【摘 要】 功能液壓數(shù)控剪切機(jī)（英文名稱：Multi function hydraulic CNC shearing machine）是一種通過對條形金屬材料的校平送料，并運(yùn)用數(shù)控系統(tǒng)對其進(jìn)行遞增或者遞減的剪切下料并收集待用的一種大批量智能下料的專用機(jī)械設(shè)備，主要運(yùn)用數(shù)控平板送料剪切機(jī)構(gòu)，對于大批的條形鋼、鋁、銅等金屬條板做量遞增或遞減的校平剪切工作。

【關(guān)鍵詞】 多功能 液壓數(shù)控 剪切機(jī)

1 研制目的

多功能液壓數(shù)控剪切機(jī)（圖1）（英文名稱：Multi function hydraulic CNC shearing machine）是一種通過對條形金屬材料的校平送料，并運(yùn)用數(shù)控系統(tǒng)對其進(jìn)行遞增或者遞減的剪切下料并收集待用的一種大批量智能下料的專用機(jī)械設(shè)備。主要作用就是金屬加工行業(yè)。它可廣泛適用于航空、輕工、冶金、化工、建筑、船舶、汽車、電力、電器、裝潢等行業(yè)，在本單位也有廣泛的應(yīng)用。但市場上這種類型的設(shè)備幾乎沒有見到，為了解決這一難題從而更好地為我公司占領(lǐng)市場以供技術(shù)支持。有我?guī)ш牻M建研發(fā)課題組，對多功能液壓數(shù)控剪切機(jī)進(jìn)行了設(shè)計、試驗(yàn)、制造。

2 設(shè)計方案分析

參考市場上的同類產(chǎn)品，結(jié)合本公司的實(shí)際使用要求，我公司研發(fā)課題組制定了多種方案進(jìn)行對比，特別是對機(jī)械傳動式與液壓傳動式剪切機(jī)的比較，按照篩選出的方案對該設(shè)備的結(jié)構(gòu)、傳動、電器等方面進(jìn)行設(shè)計，去除機(jī)械傳動式剪切機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械笨重、加工制作工序繁多、加工成本高、耗費(fèi)勞動力大等諸多弊病，設(shè)計出了結(jié)構(gòu)簡潔，性能優(yōu)良，成本低，完全符合本廠使用要求的液壓數(shù)控鋼帶剪切機(jī)；此剪切機(jī)適用于剪切厚度5mm～10mm、長度200mm～500mm的錳鋼材，足以滿足本單位的生產(chǎn)需要。

3 剪切力的確定及受力計算

由于此液壓數(shù)控鋼帶剪切機(jī)是針對剪切8mm的錳鋼帶而研制的，所以剪斷鋼帶所需要的力即為剪切力，此力可由公式：

（3-1） 計算得出。

P——剪切力；

——被剪切鋼帶極限強(qiáng)度，查表得=660MPa；

h——被剪切鋼帶的厚度，h=8mm；

——上刀刃傾斜角度，=；

把數(shù)據(jù)代入式（3-1）得：

4 送料機(jī)構(gòu)的相關(guān)計算

4.1 外力距的確定

軋件彈逆性彎曲時的外力矩是與軋件斷面上各層纖維應(yīng)力引起的內(nèi)力矩相平衡的。理想彈塑性材料軋件外力矩M的計算式：

式（4-1）

式中為距中性層z處軋件斷面的寬度，理想彈塑性材料矩形斷面軋件，它的斷面寬度為常量，即。

dF為距中性層z處的微分?jǐn)嗝婷娣e，。

為距中性層處縱向纖維的應(yīng)力，區(qū)以內(nèi)的值可以用屈服極限表示，

即： 式（4-2）

將代入上式，得出外力矩計算式：

式（4-3）

當(dāng)時，

因?yàn)椋簬т摵駷閔=8mm，故：

當(dāng)時，

所以最大外力矩是

令 式（4-4）

外力矩計算式可寫成

式（4-5）

式中：為軋件彈性變形區(qū)的斷面系數(shù)

為兩倍的間斷面塑性變形區(qū)面積對中性層的面積矩。

對線性加工硬化材料，z0區(qū)以內(nèi)，；z0區(qū)以外，，將與關(guān)系代入，得。據(jù)此，線性加工硬化材料軋件外力矩M的計算式應(yīng)該是

式（4-6）

4.2 輥式矯直機(jī)力能參數(shù)的計算

4.2.1 輥式矯正機(jī)的基本參數(shù)

輥式矯正機(jī)的基本參數(shù)包括：輥徑D、輥距t，輥數(shù)n，輥身長度L和矯正速度v。其中最主要的是D和t。矯正機(jī)基本參數(shù)的正確選擇對軋件的矯正質(zhì)量，設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸和功率消耗都有重要影響。

4.2.2 輥徑D 與輥距t的確定

輥距t是矯正機(jī)最基本的參數(shù)，輥徑D與輥距t有一定的比例關(guān)系（表1），在輥距t確定后，按比例關(guān)系可以確定輥徑D并圓整至矯正機(jī)參數(shù)系列中的數(shù)值。

輥徑D確定后，輥?zhàn)虞S頸及與萬向連軸連接處軸頸的強(qiáng)度可以按一般強(qiáng)度計算公式校核。輥?zhàn)由系某C正扭矩按第三輥的計算扭矩考慮。因第三輥的矯正力P最大。

確定輥距t 時，應(yīng)該既考慮滿足最小厚度軋件的矯正質(zhì)量要求，又考慮滿足矯正最大斷面軋件時矯正輥的強(qiáng)度要求。為此，應(yīng)分別計算最大允許輥距和最小允許輥距。最后確定的輥距t應(yīng)是（盡量取小值），而且應(yīng)圓整至矯正機(jī)參數(shù)系列中的相應(yīng)數(shù)值。

4.2.3 輥頸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件

最大扭轉(zhuǎn)力矩必須小于輥頸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度所決定的允許扭矩。據(jù)式（4-7）有：

令d=CD，D=，代入上式得：

式（4-8）

取：，，，，

可得：

經(jīng)過綜合考慮，取t值為120.5mm。

因?yàn)椋暂亸紻應(yīng)該是：

式（4-9）

式中，----扭轉(zhuǎn)力矩

----抗扭截面系數(shù)

----輥頸直徑

----抗彎力矩

對于鋼制矯直輥，按第四強(qiáng)度理論：

式（4-10）

對于合金鋼鍛造矯直輥，取安全系數(shù)s=3，強(qiáng)度極限

因?yàn)樵S用強(qiáng)度且。所以本矯直輥能滿足強(qiáng)度要求。

5 結(jié)語

多功能液壓數(shù)控剪切機(jī)的研制成功，標(biāo)志著我公司對數(shù)控設(shè)備的研發(fā)又向前跨越了一大步，同時也為今后設(shè)計制造各型各類的大中液壓剪板機(jī)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，為公司將來拓展市場打下堅實(shí)基礎(chǔ)。

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