冶金设备第8章剪切机-1

第8章剪切机8.1剪切机的用途与分类8.2平刃剪切机8.3斜刃剪切机8.4圆盘式剪切机8.5飞剪机的结构形式和工作原理8.6飞剪机剪切长度的调节8.1剪切机的用途与分类用于对轧件进行切头、切尾或剪切成规定尺寸(定尺)的机械称为剪切机。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。表8-1(P256页)表示了这些剪切机的特点和用途。8.2平刃剪切机§8.2.1类型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.上切式平行刀片剪切机特点：下刀固定不动，上刀则上下运动。如图8-1(P257页)所示，其剪切机构是由最简单的曲柄连杆机构组成。剪切时，上刀压着轧件下降，迫使摆动台也下降。当剪切完毕，上刀上升时，摆动台在其平衡装置作用下也回升至原始位置。此类剪切机由于结构简单，广泛用来剪切中小型钢坯。此外，随着快速换刀片的生产需要，也出现了能快速换刀的上切式平行刀片剪切机，用来剪切初轧钢坯和板坯。当然，其设备重量会有较大的增加，结构也稍复杂些。2.下切式平行刀片剪切机特点是：上下刀都运动，但剪切轧件的动作由下刀来完成，剪切时上刀不运动。由于剪切时下刀台将轧件抬离辊道(图8-2)(P257页)，故在剪切机后不设摆动台，而且这种剪切机的机架不承受剪切力。由于上述两个特点，下切式平行刀片剪切机普遍用来剪切中型和大型钢坯和板坯，以减轻整个剪切机组的设备重量。这种剪切机的剪切机构较为复杂，往往由多杆机构组成。平行刀片剪切机一般都由电动机驱动，根据其工作制度，可分为启动工作制和连续工作制两种。在大型平行刀片剪切机上，除采用电动机驱动外，也有采用液压传动的。§8.2.2结构参数平行刀片剪切机的主要参数包括两大类：一为结构参数，即刀片行程、刀片尺寸(长度、高度与厚度)和理论空行程次数；二为力能参数，即剪切力、剪切功、剪切力矩及电动机功率。1.刀片行程刀片行程是剪切机最主要的结构参数，它决定了剪切机的高度。在剪切能力允许的范围内，它也决定了所能剪切的轧件最大断面高度。刀片行程根据轧件最大断面高度、剪切终了时刀片的重叠量以及下刀片与辊道表面的距离等参数(图8-3)(P258页)，可按下式计算H=h+f+q1+q2+S8-1式中H——刀片行程(指刀片的最大行程)；h——被切轧件最大断面高度；f——轧件上表面与压板之间的距离，此值的选取要保证轧件有一定翘头时，仍能通过剪切机，一般取f=50～75mm；q1——为了避免上刀受轧件冲撞，而使压板低于上刀的距离，一般取q1=5～50mm；q2——为了使轧件能顺利通过剪切机，下刀不被轧件磨损，使下刀低于辊道表面的距离，一般取q2=5～20mm；S——上下刀片的重叠量，一般取S=5～25mm。对于采用曲柄连杆(或偏心连杆)机构的剪切机，曲柄轴半径(或偏心轴的偏心)R，等于刀片行程的一半。2.刀片尺寸刀片尺寸包括刀刃长度l，刀片横断面高度h’及宽度b’。这些尺寸可以根据被切钢坯最大断面尺寸来选取。刀刃长度可按下述经验公式确定：对剪切方坯的剪切机，刀刃长度分两种情况计算：1)在小型剪切机上，考虑经常是同时剪切几个小断面钢坯，此时l=(3～4)bmax2)在大、中型剪切机上，刀刃长度按下式计算：l=(2～2.5)bmax对剪切板坯的剪切机，刀刃长度按下式计算：l=bmax+(100～300)式中l——刀刃长度，mm；bmax——被切钢坯横断面的最大宽度，mm。刀片断面高度及宽度可按下述经验公式确定h’=(0.65～1.5)hb’=h’/(2.5～3)式中h’——刀片断面高度，mm；h——被切钢坯断面高度，mm；b’——刀片断面宽度，mm。3．理论空行程次数(剪切次数)剪切机的每分钟理论空行程次数代表了剪切机的生产率。理论空行程次数(剪切次数)的提高受到电动机功率和剪切机结构型式的限制。确定剪切次数时，可根据轧钢机生产率和有关参考数据选定。表8-2(P259页)是我国原一机部制定的热钢坯剪切机基本参数(JB2093-77)，表中列出了剪切机刀片行程、刀片尺寸和理论空行程次数等有关数据，可供设计剪切机时选用。显然，剪切机在剪切轧件时的实际剪切次数，总是远远小于理论空行程次数。因为在轧件两次剪切之间，需要完成轧件运输、定尺等辅助工序。§8.2.3轧件剪切过程分析金属的剪切过程可以分为以下几个阶段：刀片弹性压入金属阶段；刀片塑性压入金属阶段；金属塑性滑移阶段；金属内裂纹萌生和扩展阶段；金属内裂纹失稳扩展和断裂阶段。一般可粗略地分为两个阶段：刀片压入金属阶段和金属塑性滑移阶段。在不同阶段，被剪切金属剪切区域内应力状态是不同的。在整个剪切过程中，剪切区应力状态不断变化，剪切力也不断变化。实验表明，最大剪切力产生于刀片塑性压入阶段终了、金属塑性滑移阶段开始之时。因此，一般可将剪切过程分为两个阶段来建立剪切过程的受力模型。压入阶段作用在被剪切金属上的力，如图8-4(P260页)所示。§8.2.4单位剪切阻力曲线与剪切力和剪切功1．单位剪切阻力曲线根据钢种查图表。2．最大剪切力Pmax在设计剪切机时，首先要根据所剪轧件最大断面尺寸来确定剪切机公称能力，它是根据计算的最大剪切力并参照有关标准和资料确定的。最大剪切力Pmax可按下式计算Pmax=KτmaxFmax式中Fmax——被剪轧件最大的原始断面面积，mm；τmax——被剪轧件材料在相应剪切温度下最大的单位剪切阻力，MPa；K——考虑由于刀刃磨钝、刀片间隙增大而使剪切力提高的系数，其数值根据剪切机能力选取：小型剪切机(P1.6MN)K=1.3中型剪切机(P=2.5～8.0MN)K=1.2大型剪切机(P10MN)K=1.1§8.2.5平行刀片剪切机结构平行刀片剪切机结构型式较多，现介绍曲柄连杆、活动连杆、浮动偏心轴和曲柄杠杆(六连杆)四种剪切机的结构。§8.2.5.1曲柄连杆上切式剪切机图8-13(P274页)所示为20MN曲柄连杆上切式剪切机。§8.2.5.2活动连杆上切式剪切机图8-15(P275页)为1.6MN偏心活动连杆上切式剪切机。图8-16(P276页)表示该剪切机的剪切过程与上刀台的形状。§8.2.5.3浮动偏心轴剪切机这种剪切机是下切式剪切机，用来剪切大型方坯和板坯。按剪切能力分，我国现有8MN、10MN、16MN等类型。国外已有20MN的浮动偏心轴剪切机。按结构特点来分，可分为三种型式：上驱动机械压板式、下驱动机械压板式和下驱动液压压板式(图8-17)(P276页)。图8-18(P277页)为上驱动机械压板浮动偏心轴剪切机立体简图。§8.2.5.4曲柄杠杆剪切机(六连杆剪切机)这种剪切机属于下切式剪切机，在850mm和750mm初轧车间以及650mm钢坯车间得到了应用。按剪切能力划分，我国现有2.5MN、4MN、7MN和9MN四种类型。国外有20MN的六连杆剪切机。这些不同剪切能力的六连杆剪切机，其结构型式基本相同，只是电动机型式(交流或直流)与工作制度(连续工作制或启动工作制)稍有差别。表8-8(P280页)列出了某些六连杆剪切机的主要性能。图8-22(P280页)表示了9MN曲柄杠杆剪切机结构简图。剪切机由剪切机构(包括上刀调整机构)，传动系统，压板装置三部分组成。8.3斜刃剪切机§8.3.1类型根据剪切机机架结构型式，斜刀片剪切机可分为开式和闭式两大类。1.开式机架斜刀片剪切机(图8-26a)(P285页)2．闭式机架斜刀片剪切机(图8-26b)(P285页)根据剪切轧件时刀片的运动特点，闭式机架斜刀片剪切机又可分为上切式和下切式两种。(1)上切式斜刀片剪切机这种剪切机下刀片固定不动，上刀片向下运动剪切轧件。上切式斜刀片剪切机主要是单独设置，或组成独立的剪切机组。一般是下刀片水平，上刀片具有一定的倾斜角。剪切机采用电动机驱动较多，根据齿轮传动系统特点，可分为单面传动、双面传动、下传动等型式。单面传动斜刀片剪切机(图8-27a)(P285页)因其结构简单，制造方便，应用较为广泛。上刀运动是通过电动机、三角皮带、齿轮和曲柄连杆机构实现的。双面传动斜刀片剪切机(图8-27b)(P285页)的特点是曲轴短，受力好，制造方便。但装配较困难，特别是对两对齿轮的同步问题要求严格。这种剪切机大多用于大型钢板剪切机。下传动斜刀片剪切机(图8-27c)(P285页)可使剪切机高度低、重量轻。例如，对于钢板焊接结构的剪切机，其重量可减轻20％；而对于铸造结构的剪切机，则可减轻30％。(2)下切式斜刀片剪切机这种剪切机通常是上刀片固定不动，由下刀片向上运动剪切轧件。下切式斜刀片剪切机主要装设在连续作业线上，用来剪切板带的头部、尾部、分卷或剪切掉有缺陷的部分。在有的平整机组中，为了适应能调整板带剪切位置的需要，出现了上、下刀片都运动的下切式斜刀片剪切机。电动机驱动的下切式斜刀片剪切机，一般采用偏心轴使下刀台作往复直线运动(图8-29a)(P287页)。在下切式斜刀片剪切机中，液压驱动得到了广泛应用。图8-29b(P287页)为采用液压缸串联同步的液压驱动下切式斜刀片剪切机简图。当下刀台2上升时，液压油先进入液压缸7的下油腔，而将液压缸7上油腔的油排入液压缸6的下油腔，液压缸6的上油腔则与回油管相联。只要使液压缸6下油腔的面积与液压缸7上油腔的面积相等，就可实现下刀台两个液压缸同步升降运动的要求。§8.3.2结构参数斜刀片剪切机的主要结构参数为刀片倾斜角a、刀片尺寸、刀片行程和理论空行程次数(剪切次数)。1．刀片倾斜角a图8-30(P287页)表示了上刀片布置成一定倾斜角时的剪切过程。刀片的倾斜角a愈大，剪切时的剪切力愈小，但使刀片行程增加。最大允许倾斜角amax受钢板与刀片间的摩擦条件的限制，当aamax时，钢板就要从刀口中滑出而不能进行剪切。近年来有些斜刀片剪切机上刀片做成有双边倾斜角的，此时amax将不受摩擦条件的限制，上刀片采用双倾斜角后，剪切时钢板能保持在中间位置。2.刀片尺寸剪切时，刀片受到挤压、弯曲和摩擦的作用。刀片尺寸主要由剪切力确定。表8-9(P288页)列出了某些刀片断面尺寸与剪切力的关系。刀片长度则应比所剪切的轧件最大宽度大100～300mm。刀片材料要有一定的强度和韧性，并要求有较高的硬度。表8-10(P288页)列出了某些刀片的材料和硬度值。3.刀片行程由于刀片倾斜角的影响，斜刀片剪切机的刀片行程H，除了式8-1中的有关因素外，还要考虑由于刀片倾斜所引起的行程增加量H’’。可按下式计算H”=bmaxtana8-47式中bmax——所剪轧件的最大宽度；a——刀片倾斜角。因此，斜刀片剪切机的刀片行程H为H=H’+H”=h+f+q1+q2+S+bmaxtana式中H’——按式8-1计算的刀片行程；H”——按式8-47计算的刀片行程增加量。4.理论空行程次数(剪切次数)如前所述，剪切机的理论空行程次数(剪切次数)主要根据生产率来确定，也与剪切机结构有关。表8-11(P289页)列出了某些斜刀片剪切机的每分钟剪切次数和电动机功率。§8.3.3剪切力与剪切功斜刀片剪切机的剪切力由三部分组成P=P1+P2+P3式中P1——纯剪切力；P2——轧件被剪掉部分的弯曲力，即被剪掉部分在剪切时被上刀片沿着AED线(图8-32)(P289页)作用产生的弯曲力；P3——钢板在剪切区域(近似地以EF弧线为界)内的弯曲力，在此区域内由于上刀片的压力使金属形成局部的碗形弯曲。在斜刀片剪切机上的剪切过程与平行刀片剪切机主要不同之点是：剪切时作用在刀片上的力不是以被剪切钢板全部断面来计算。在稳定剪切时，剪切面积只限于三角形ABC内划阴影线部分(图8-33)(P289页)。§8.3.4滚切式剪切机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(图8-36)(P290页)上刀刃是弧形的，弧形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。这种剪切机的剪切