【文章內(nèi)容簡介】 小，減少刀架滑板的磨損和傾斜角度，故選擇有壓板剪切。最大剪切力產(chǎn)生于刀片塑性壓入階段終了、金屬塑性滑移階段開始之時。因此，一般可將剪切過程分為兩個階段來建立剪切過程的受力模型。壓入階段作用在被剪切金屬上的力，如圖33所示。當(dāng)?shù)镀瑝喝虢饘贂r，上下刀片對被剪金屬的作用力P組成力矩Pa，此力矩使被剪金屬沿圖示方向轉(zhuǎn)動。而上下刀片側(cè)面對軋件的作用力T組成的力矩Tc，將阻止軋件的轉(zhuǎn)動。隨著刀片的逐漸壓入，被剪金屬轉(zhuǎn)動的角度不斷增大，直到轉(zhuǎn)過角度后，兩力矩平衡，便停止轉(zhuǎn)動。即：Pa=Tc 被剪金屬停止轉(zhuǎn)動后，刀片壓入達(dá)到一定深度時，力P克服了剪切面上金屬的剪切阻力，此時，剪切過程由壓入階段過渡到滑移階段，金屬沿剪切面開始滑移，直到剪斷為止。無壓板剪切時: 有壓板剪切時 : 增加壓板后不僅提高了剪切質(zhì)量，使剪切斷面平直，而且大大減小了側(cè)向推力T ，從而減小了滑板的磨損，減輕了設(shè)備的維修工作量，提高了設(shè)備的作業(yè)率。增加壓板后，取，代入式（36）和（37）中計(jì)算得。刀片切入深度為： （35）滑移階段剪切力P為 （36）式中 ——軋件被切斷面上的單位剪切阻力。圖 33 剪切機(jī)剪切時作用在軋件上的力剪切力P按照曲線A、C變化，切入達(dá)到一定深度時，軋件斷裂。剪切力隨著z的增加而變化，當(dāng)剪切力P為最大值時，軋件開始產(chǎn)生滑移。得公式： （37）又有T=Ptany，可得：式中 ——表示單位切入深度，%； P——單位壓力，； b——軋件的寬度，； h——軋件的厚度。圖 34 剪切力與相對切入深度的關(guān)系根據(jù)上述公式可求得剪切力P與相對深度之間的關(guān)系。相對切入深度為10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、73%時，單位壓力P為23233350、34333127252（）。由上式可知，P力隨著z的增加將沿拋物線增加。一直增加到金屬開始沿整個斷面產(chǎn)生滑移的數(shù)值為止。剪切力與相對深度的關(guān)系如下：現(xiàn)在以F表示被剪切軋件的面積，本設(shè)計(jì)考慮剪切兩根的情況的時候，則有：。考慮刀刃變鈍和刀刃間隙增大后剪切力會增大，引入系數(shù)K=，利用公式P=KτF，將和得的關(guān)系代入可以得到剪切力P與曲軸偏轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系：當(dāng)剪切力P為0、23233350、343331252（）時，所對應(yīng)的曲軸偏轉(zhuǎn)角分別為、、。剪切機(jī)的力能參數(shù)包括剪切力和剪切功率。剪切力是剪切機(jī)的主要參數(shù)，驅(qū)動剪切機(jī)的電機(jī)功率及剪切機(jī)主要零件尺寸的確定，完全使用或充分發(fā)揮剪切機(jī)的能力都與剪切力有關(guān)。在進(jìn)行力能參數(shù)計(jì)算時，首先要確定單位剪切阻力。它主要取決于剪切金屬材料本身的性能、剪切時的溫度、相對切入深度、剪切速度、被剪切金屬斷面形狀及刀片形狀、刀片之間側(cè)間隙，以及被剪切金屬斷面尺寸的大小等因素。在設(shè)計(jì)剪切機(jī)時，首先要根據(jù)所剪軋件最大斷面尺寸來確定剪切機(jī)公稱能力，即確定最大剪切力。最大剪切力的公式如下： （38）式中 ——被剪軋件最大的原始斷面面積， ； ——被剪軋件材料在相應(yīng)剪切溫度下的強(qiáng)度極限，MPa。45鋼在800 176。時取150MPa ；——考慮刀刃磨鈍和刀片側(cè)向間隙增大，而使剪切力增大的系數(shù)可按剪切機(jī)能力選取。對小型剪切機(jī)（P）來說， ；——系數(shù)，被剪材料的最大單位剪切力與強(qiáng)度極限之比值。高溫下可取 。通過公式（38）。所選的鋼坯材料為45號鋼，剪切溫度是800℃，查看表格32中對應(yīng)的強(qiáng)度極限為150，根據(jù)曲線，求得對應(yīng)值的剪切力。表 32 各種金屬在不同溫度下的強(qiáng)度極限溫度/℃100095090085080075070020合金鋼85100120135160200230700高碳鋼8090110120150170220600低碳鋼708090100105120150400被剪軋件在相應(yīng)剪切溫度下最大的單位剪切阻力公式如下： （39） （310）當(dāng)=，帶入式（39）和式（310）中計(jì)算得：最大單位剪切力，瞬時剪切力P=。根據(jù)剪切功可以近似而方便的計(jì)算出鍵切機(jī)功率。剪切功與剪切力和刀片行程有關(guān)，當(dāng)不考慮刀片磨鈍等因素時，按以下公式計(jì)算： （311）簡化之：A=Fha （312）式中 A——被剪軋件最大的原始斷面面積，； h——被剪軋件的斷面最大高度（厚度）。,a稱為單位剪切功。它等于單位剪切阻力曲線所包圍的面積，也就是剪切高度為1mm,斷面為1試件所需的剪切功。若所剪的軋件材料沒有單位剪切功的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可近似用下式確定a值 （313）式中 為材料延伸率，計(jì)算得，代入公式（312）圖35中 L——連桿長度，mm； r ——曲軸偏心距，mm；A——曲軸和連桿的鉸接點(diǎn)；B——連桿和刀架的鉸接點(diǎn)。圖 35 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖曲軸連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算，主要是確定曲軸的偏心距、曲軸在任意轉(zhuǎn)角時的連桿端、上刀架（上刀片）的位置和作用在曲軸上的力矩，以便計(jì)算剪切機(jī)的電機(jī)功率和零件強(qiáng)度。（1） 曲軸偏心距的確定對于曲軸連桿式剪切機(jī)，刀片開口度公式： （314） （315）根據(jù)式（314）和（315）得： （316）計(jì)算得曲軸偏心距r=110mm。（2） 刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系根據(jù)圖35所示，刀片位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系圖,曲軸偏心距r，AB表示連桿長度，當(dāng)A點(diǎn)轉(zhuǎn)到上極限位置點(diǎn)時，上刀架處于處；當(dāng)A點(diǎn)轉(zhuǎn)到下極限位置點(diǎn)時，上刀架移到。因此，點(diǎn)的距離對于曲軸連桿式剪切機(jī)就是上刀片行程H；取上刀架最高位置點(diǎn)為計(jì)算原點(diǎn)，此時曲軸轉(zhuǎn)角=0，據(jù)圖中的幾何關(guān)系，刀片的行程H與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系為： （317）經(jīng)一系列關(guān)系轉(zhuǎn)換，可得式： （318）式中 ——上刀片行程，由上刀片下死點(diǎn)計(jì)算； ——曲柄轉(zhuǎn)角，由曲柄上死點(diǎn)位置起計(jì)算； ——連桿系數(shù)，取=1/9。 （319）利用式（319）可計(jì)算得連桿長度L=990mm。（3） 剪切力與曲軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系根據(jù)所計(jì)算的鋼種（45號鋼）的單位剪切阻力曲線圖，查出單位剪切阻力最大時的相對切入深度。① 當(dāng)時，有最大剪切力 （320）代入得：H=115+115=。 （321）計(jì)算得K=，而 （322）得=176。，與 的關(guān)系： （323） （324）將=176。帶入到式（324）中解得：。② 當(dāng)剪切開始時的曲軸轉(zhuǎn)角此時上刀片剛與鋼坯接觸，剪切力P=0。代入式（320）、（321）和式（322）中得：得=176。，與 的關(guān)系：即將將=176。帶入到式（324）中解得：剪切機(jī)偏心軸上的靜力矩隨著偏心軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)變，主要由剪切力矩、摩擦力矩和空載力矩組成，即 （325）式中 ——偏心軸上的靜力矩； ——剪切力矩； ——附加摩擦力矩； ——空載力矩。根據(jù)上刀臺的平衡條件繪制力三角圖，如圖36b所示。當(dāng)剪切力P已知后,以線段代表，做，與夾角為交于a點(diǎn)，則線段即代表連桿作用力。當(dāng)曲柄半徑R、A點(diǎn)和O點(diǎn)的摩擦圓半徑及已知后，對曲軸中心的力臂C，即可得出，如圖36a所示。如圖36中力三角形所示，根據(jù)正弦定理可得出下式 (326)式中 ——曲軸偏心轉(zhuǎn)動為時，連桿擺動的角度。由圖36中幾何關(guān)系可得： (327)式中 L——連桿長度；r ——曲柄偏心值；——刀臺滑板與滑槽之間的摩擦系數(shù)。當(dāng)，時有最大靜力矩，在此設(shè)計(jì)中，取連桿與刀臺銷軸直徑。圖36 剪切機(jī)構(gòu)受力簡圖計(jì)算剪切力矩：剪切力矩當(dāng)量力臂和剪切力矩公式如下： (328) (328) 即：所以，計(jì)算剪切力矩得：計(jì)算摩擦力矩：摩擦力矩當(dāng)量力臂 （329）式中， 則，所以，摩擦力矩得： 此時，作用在曲軸上的力矩為： （330）若空載力矩：綜上所述，最大靜力矩為：本設(shè)計(jì)中，由于只用到平均靜力矩，故只需要計(jì)算平均靜力矩。由剪切功確定平均靜力矩： （331） 式中 A ——剪切功，此處用最大剪切功即可滿足，A=?m；——完成一次剪切偏心軸的實(shí)際工作角度，當(dāng)剪切115mm115mm鋼坯時， 。 （332）則電機(jī)功率為：查閱文獻(xiàn)選擇電機(jī)為Y2—315M—10，表33為其詳細(xì)性能參數(shù)因?yàn)榧羟袡C(jī)頻繁啟動，因此應(yīng)進(jìn)行電機(jī)的發(fā)熱校核，即均方根力矩小于額定力矩： （333）式中， 分別為電機(jī)軸上的平均靜力矩，空載力矩、啟動力矩、制動力矩，單位。 、分別為剪切、空載、啟動和制動時間，單位s。表 33 電機(jī)參數(shù)表