一種1600 mm薄帶活套圓盤剪切機力能參數(shù)計算的方法
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作者：鄭曉敏
圓盤剪是縱切鋁箔帶產(chǎn)品的核心工具之一，以往鋁帶縱剪機組規(guī)格可分為：(0. 02 -0. 3) mm鋁箔縱剪機組和(0.3-2)mm鋁板帶縱剪機組兩種。板帶剪速度一般為200 m/min。為適應市場需求新開發(fā)出介于兩者之間（0.3 -1）mm的活套剪，速度可達600 m/min。
1 圓盤剪的概述
圓盤剪的剪切過程是，在驅(qū)動電機的帶動下，通過一對上下咬合的圓盤剪刃與板材在水平方向成同等線速度，通過移動上刀片和固定下刀片配合，采用合理的刀片間隙，施加剪切力對板材進行剪切。如圖1所示。
圓盤剪通常設置在板材或帶材的剪切線上，用來縱向剪切運動的板材或帶材的兩側(cè)邊部，使剪后的帶材邊部整齊、精確和無毛刺。
圓盤剪主要由左右機架、上下刀軸、機架調(diào)寬機構(gòu)、傳動裝置、刀盤重合度調(diào)整裝置、刀刃側(cè)向間隙調(diào)整裝置、固定底座等組成。
2 圓盤剪的主要參數(shù)
圓盤剪的主要技術(shù)參數(shù)包括刀盤直徑與厚度、側(cè)向間隙、重疊量、剪切力等。特別是側(cè)向間隙與重疊量直接影響剪切帶材的質(zhì)量，針對不同厚度、不同材質(zhì)的帶材，側(cè)隙與重疊量各不相同，需要設計者根據(jù)具體情況分析確定。本文著重介紹剪切角與剪切力的計算方法。
2.1 鋁箔圓盤剪切機主要技術(shù)性能
鋁箔圓盤剪切機主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
2.2 1600 mm圓盤剪剪切角計算
1 600 mm圓盤剪剪切角由(1)式計算：
式中：
A-刀片圓盤中心距離，240. 25 mm；
D-刀盤直徑，240 mm；
S-上下兩剪刃的重疊量，mm；
80-材料斷裂時，相對切入深度，0.13 mm；
h一被剪切金屬的厚度，0.5 mm。
由(1)式可得：cosa=0.997 0，a=4.4392°。
2.3圓盤剪剪切力的計算
2.3.1 板帶剪切變形過程
如圖2所示為一對普通圓盤剪對鋁帶料進行縱切加工的示意圖。首先，當上下刀片與板帶在AB點接觸擠壓，板帶受到壓力產(chǎn)生彈性壓縮，同時由于材料擠靠上下刀側(cè)隙的側(cè)面，隨著上下刀相互靠近使得帶料發(fā)生彎曲，側(cè)隙越大彎曲越大，此時材料的內(nèi)應力未超過彈性極限，上下刀分離板帶能恢復原來形狀；當圓盤剪由AB點旋轉(zhuǎn)到CD點時，由于內(nèi)應力的增大使得板帶部分被刀側(cè)面擠壓，圓盤剪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，當帶料的內(nèi)應力達到材料的屈服極限，產(chǎn)生塑性變形，在剪切區(qū)就會有宏觀滑移變形產(chǎn)生。隨著塑性變形繼續(xù)增大并伴有材料的彎曲與拉伸，剪切繼續(xù)進行，最大應力超過材料的斷裂極限，在剪切區(qū)就會產(chǎn)生微裂紋，微裂紋隨著上、下刀切人材料的深入，擴展生成主裂紋，繼而使帶材斷裂被剪斷。
2.3.2計算剪切力
柯洛遼夫公式將圓盤剪看成上下刀片均有斜度的斜刀剪，把接觸曲線（為弧線）簡化為等邊梯形計‘算。而諾沙利公式考慮的更為周全，他把作用在一個刀盤上的總剪切力分為兩個部分：一部分是剪切板材產(chǎn)生的彎曲力，此彎曲力是由剪切伴隨著軋件的復雜彎曲而產(chǎn)生的；一部分是純剪切力。國內(nèi)的李海龍、李瑞雪則在參考前人的基礎上用一個滿足邊界條件的二次函數(shù)來表達帶料與上下圓盤刀剪刃接觸點的變化高度。
剪切力的計算是圓盤剪切機力能參數(shù)計算的基礎，計算方法較多，現(xiàn)利用諾沙利計算法和李海龍、李瑞雪的計算公式計算剪切力，并對它們作比較。
1)圓盤剪的剪切力按諾沙利公式計算，即：總剪切力由兩個分力所組成：
式中：
P1—純剪切力；
P2—被剪掉板材的彎曲力。
如圖3所示，在BD線之外剪切過程已徹底完成，我們可以假定實際剪切面積只局限于弧AB與弧CD之間，并將弧AB和弧CD視為弦，在梯形面積ABCD內(nèi)作用于寬度為dx的微小面積上的剪切力為：
式中：
qx一作用在接觸弧AB的水平投影中單位長度上的剪切力；
ε0 一斷裂時的相對切人深度。
純剪切力為：
式中：
a一單位剪切功，即剪切厚度為1 mm，斷面面積為1 mm2的板材所需要的剪切功，其單位為N／mm2。
總剪切力計算公式：
在圓盤剪冷剪時：
式中：
Rm一剪切金屬抗拉強度450 MPa；
A一金屬伸長率，不同金屬伸長率不同；
z1一切邊彎曲系數(shù)，一般取1.4；
a一咬人角，a=4.439 2°。
由此可得：P= 44 652 N。
2)圓盤剪的剪切力按照李海龍、李瑞雪的計算公式，公式中的變化高度hx可用一個滿足邊界條件的二次函數(shù)來表達。
如圖4所示，其函數(shù)為：
式中：
hx一變形區(qū)變化的高度，mm；
Ι一接觸線AB至剪刃中心的距離，mm。
式中：
R一圓盤剪剪刃半徑，mm；
a一兩個剪刃的咬人角。
而
式中：
ε0一斷裂時的相對切人深度，mm；
I 0一接觸線CD至剪刃中心的距離，mm。
由上式可得：
變形區(qū)接觸面積為：
作用在圓盤剪一片剪刃的剪切力為：
式中：
K1一力的轉(zhuǎn)化系數(shù)，k1=0.7-0.75；
k2一切削刃磨鈍系數(shù)，k2=1.3 - 1.5；
k3一切削刃磨鈍系數(shù)，k3=1.1 - 1.3；
Rm一被剪材料的強度極限，MPa。
結(jié)合實際生產(chǎn)通過比較，后一種剪切力計算的結(jié)果與實際情況更相符。
3 結(jié)束語
鋁釬焊用于汽車散熱器、冷凝器等熱交換器的制造成形，與銅釬焊散熱器相比，鋁散熱器的質(zhì)量比銅散熱器減輕37%-45%，銅價格相當于鋁的3倍；從生產(chǎn)工藝來說，鋁釬焊的自動化程度要比銅釬焊的高很多，在降低成本，提高生產(chǎn)效率方面比銅有更多的優(yōu)勢；從技術(shù)角度來說，釬焊鋁熱交換器本身能耗也有很大優(yōu)勢。另外，全鋁散熱器可以全部回收，并且回收成本較低。鋁材的耐磨性能非常好，產(chǎn)品性能也好。
隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，中國鋁熱傳輸復合材料需求量不斷增加，鋁熱傳輸復合材料應用于重型卡車與新能源汽車熱交換器、暖通空調(diào)、火力發(fā)電站冷卻散熱器等，國內(nèi)市場對(0.3-l)mm厚高質(zhì)量的鋁薄帶卷材的需求量越來越大。因此，為實現(xiàn)對(0.3 -1) mm厚鋁薄帶卷材的生產(chǎn)要求，研制一種剪切質(zhì)量好、高速、高精密、高度自動化的新型鋁薄帶剪切機具有重要意義。
4摘要：鋁熱傳輸復合材料主要應用于汽車、家電、機械設備的熱交換系統(tǒng)及火力電站空冷系統(tǒng)等領(lǐng)域�；钐准羰墙橛诤癫艉桶鍘Ъ糁g的、適用于剪切鋁熱傳輸復合材料的新型剪切設備。結(jié)合1 600 mm薄帶活套剪切機組工程實際，介紹了活套剪切機組中，圓盤剪的結(jié)構(gòu)特點，剪切原理，重點介紹剪切力的計算公式。
