1、科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 I 页冷剪机设计科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 II 页摘 要冷剪机是在冶金工业中经常用来对轧件进行切头、切尾或者切定尺的机械设备。作为剪切机械中的一种，冷剪机在冶金、航空、国防工业，以及印刷等轻工业均有广泛的应用。早期的冷剪机由于结构比较笨重而且没有快速换刀装置，导致生产效率比较低，产品的质量也不高。为此，我们设计了结构更为紧凑的曲柄连杆上切式斜刃剪切机。该剪切机主要包括剪切部分及传动部分。剪切部分采用上切式斜刃刀片的剪切方式，大大降低了剪切力。传动部分采用电机
2、通过联轴器带动减速器代替原来的带传动，避免了由于弹性滑动带来的功率损失，采用圆盘式摩擦离合器控制减速器与开式齿轮之间的离合，通过曲轴带动连杆的上下运动来完成剪切动作。该机构的特点在于用大齿轮代替飞轮，联轴器传动代替带传动。该剪切机的生产效率比较高且生产成本较低，适用于中小型棒材生产线或是无缝钢管管坯的剪切。关键词：圆盘式摩擦离合器，曲柄连杆，斜刀刃， 剪切机，联轴器传动Cold shearing machine designAbstractCold shear machines are usually used to come to carry on the machine equipment
3、s that slices the head, slices the tail and to slice appointed dimension of the piece in the rolling metallurgy industry. The conduct and actions shears to slice the machine in of a kind of, cold shear the machine in the metallurgy, aviation, industry of defenses, and print the etc., the light indus
4、try all has the extensive application.Earlier period of cold shear the machine because the structure is more bulky and did not change the knife the device quickly, cause produce the efficiency lower, the quantity of the product is also not high. For this, we designed the structure to even connect th
5、e pole for the crank of the tightly packed up the inclined blade of slice type shears to slice the machine.This shear to slice the machine to mainly include to shear to slice the part and spread to move the part. Shear to slice the part adoption up the inclined blade razor blade of slice type shears
6、 to slice the way, lowering to shear to slice the dint consumedly. Spread to move the part adoption electrical engineering to arouse to decelerate the machine to replace through the adapter coupling to take to spread to move originally, avoid because of the power loss that the flexibility glide brin
7、g, adopt of a dish type friction clutch control deceleration machine and the open type wheel gear to leave to match, arouse to connect the top and bottom of the pole through the song stalk sport to complete to shear to slice the action.The characteristics of that organization lies in to replace the
8、flywheel with the big wheel gear, the adapter coupling spreads to move to replace to take to spread to move.科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 III 页Should shear the production efficiency of slice the machine higher and the production cost is lower, being applicable to the medium small scaled a
9、nd good material production line or no slot steel pipe billet to shear to slice.Keyword: A dish type of rubs clutch，Brace and link，Oblique blade，Shear machine，The adapter coupling transmission科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 1 页1.1 剪切机的用途剪切机在冶金行业中主要用于板材、型材、型钢、棒线材的剪切或是剪断工作。其在电机电器、仪器仪表、金属结构、农机
10、、船舶、建筑、冶金、航空航天和国防工业，以及包装装潢、出版印刷等轻工业均有广泛的应用。随着近些年来中小工业企业的发展，对钢板、型钢及棒线材的大量使用，对剪切机的需求量亦随之增大，剪切机的发展前途将更加的广阔。1.2 剪切机的分类剪切机从不同角度的出发，有不同的分类方法。比较常见的方法有按剪切方式、剪切金属材料的温度、剪切机的驱动方式、剪切机机架的形式（开式机架、闭式机架） 、剪切金属的品种及剪切机的剪刃形状与配置等方式。习惯上通常按照剪切机的剪刃形状与配置特点分类，可分为斜刃剪切机、平行刃剪切机和圆盘式剪切机、冲型剪切机、联合剪切机、型材棒料剪切机等。1.4 传动方案的选择和评述1.4.1 剪
11、切机机械传动装置的作用及选择剪切机的机械传动装置是剪切机的重要组成部分。正确的选择传动装置将在很大程度上决定机械的使用性能、外形尺寸、重量、加工装配的劳动量和制造成本。剪切机的机械传动装置的作用时将电机的动能传递给剪切机构，并对电机的速度进行减速，使剪切机构获得所需的剪切次数。机械传动剪切机的驱动方式按电机的驱动方式可分为直流电机驱动和交流电机驱动两种。通常中、小型剪切机采用交流电动机驱动，高速轴上装有飞轮，电机连续运转，剪切动作由离合器控制实现；大型剪切机的剪切速度比较慢，一般多采用直流电动机驱动，工作制为启停式工作制。也有少数采用连续工作制剪切，采用直流电机驱动并带有飞轮的大型剪切机。传动
12、装置通常是由飞轮、齿轮、皮带轮、蜗轮副传动系统，离合器、制动器、轴及轴承组成。传动系统主要有开（闭）式齿轮传动，行星齿轮传动、蜗轮副传动。采用电机驱动的剪切机，电机及减速箱的布置可分为上传动和侧传动两种形式。单独使用的中小型剪切机多为上传动形式，对于大型剪切机因为其电机和传动装置的重量、体积均很庞大，不宜装在机架上部，故采用侧传动的传动形式。科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 2 页通常满足同一剪切工艺要求的情况下，剪切机的传动装置可以有多种不同的结构方案。设计时应根据所需剪切来料的品种、规格、产量及质量的要求制定出最为合理的方案，不但能够满足剪切
13、工艺要求外，在质量上也要达到安全、耐用、高效、经济、美观、便于使用和维修制造便利的要求。本次设计将电机置于剪切机上部，电机通过连轴器直接与减速器相连，同时用大齿轮代替飞轮传动。这样的设计用联轴器代替了皮带轮传动，从而避免了皮带轮传动由于皮带的弹性滑动造成的能量损失和传动比损失，且电机在机架上方便于安装和维护。直接由大齿轮与减速器连接传动去掉了中间的飞轮使机构更加紧凑，进一步降低了能量的损失。2 剪切机参数及电机容量的选择2.1 剪切机构图 2.1 剪切机构2.2 主要参数的确定2.2.1 刀片倾斜角 上刀片倾斜角 与被剪钢材的厚度有关，在剪切薄钢板的时候， 一般用 031科研技能训练 河北科技
14、师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 3 页，而在剪切厚钢板时为 。同时刀片倾斜角的大小，还会影响斜刀刃剪切机的6812刀片行程 。H2.2.2 刀片尺寸刀片长度：在大、中型剪切机中108405.2)5.2(maxbL（2.1）式中： 刀刃长度，mm；L被剪钢材横断面的最大宽度，mm。maxb刀片断面高度及宽度：可按照下述经验公式确定30475.165.0hh（2.2）125.3.2b（2.3）式中： 刀片断面高度，mm；h被剪钢材断面高度，mm；刀片断面宽度，mm。b2.2.3 剪刃行程由于剪刃倾斜角的影响，斜剪刃剪切机的刀片行程 要考虑到由剪刃倾斜角所引H起的剪刃行程
15、增量 。 可按下式计算H213tan104tanmx bH（2.4）式中： 所剪钢材的最大宽度，mm；maxb剪刃倾斜角。因此斜剪刃剪切机的刀片行程为科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 4 页H（2.5）15215340tanmx21bSqfh式中： 剪刃行程（指剪刃的最大行程），mm；H被剪钢材最大断面高度（指棒材或管坯的直径），mm；h钢材上表面与压板之间的距离，此值的选取要保证钢材有一定翘f头时，仍能通过剪切机，一般取 mm；750f为了避免上剪刃受到钢材的冲撞，而使压板低于上剪刃的距离，1q一般取 mm； 501q为了使钢材能够顺利通过剪切
16、机，下剪刃不被钢材磨损，使下2剪刃低于辊道表面的距离，一般取 mm；205q上下剪刃的重叠量，一般取 mm。SS2.2.4 剪切次数理论剪切次数： ；实际剪切次数： 。分次18分次102.3 剪切力的计算与校核斜剪刃剪切机的剪切力由三个部分组成321P（2.6）式中： 剪切机的总剪切力，KN；P纯剪切力，KN；1钢材被剪掉部分的弯曲力，KN；2钢材在剪切区域内的弯曲力，KN。3P科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 5 页设 为作用在剪刃单位长度上的剪切力，则作用在宽度为 微分面积钢材上的剪xq dx切力为hqPx（2.7）式中： 钢材的厚度或多根棒
17、材最大宽度时当量厚度 ；h max24bdh剪切区内各点的相对切入深度为hxtn（2.8）式中： 上剪刃的倾斜角。由式 2-8 得： ；代入式(2.7)积分，则纯剪切力为dhxtandhPtan21（2.9）或 ahPtn21（2.10）式中： 单位剪切功， 。 ada式(2.10)中的 值由于其中包含了 ，所以已经考虑了金属的塑性。对于冷剪时0的 值，可用下式求得21Kab（2.11）式中: 、 换算系数，一般取 、 ；1K2 6.01K2、 被剪钢材的强度极限（ ）和延伸率。bMPa将 、 的值代入式(2.10)，则冷剪钢材时的纯剪切力 为12 1科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械
18、设计制造及其自动化专业 2011 级第 6 页bhP6.0tan21（2.12）考虑 、 后，总剪切力 根据 B.B.诺沙里建议，可以按照下式计算2P3PXYZhbb 22106.tan1ta6.0YZPb21106.tan（2.13）式中: 系数，试验研究表明，此系数与被剪掉部分的钢材宽度 、轧Z d件材料延伸率以及剪刃倾斜角 等因素有关，即，其变化规律如图所示，系数 最大值fhdftan Z为 0.95；图 2.2 系数 与 的变化关系Zhdtan科研技能训练 河北科技师范学院欧美学院机械设计制造及其自动化专业 2011 级第 7 页剪刃相对侧间隙，即剪刃侧间隙 与钢材厚度 的比值：YhY（2.14）在 mm 时，取 mm；当 mm 时，取 mm； 5h07.201h5.0在 时，取 mm。m420压板相对距离，即为压板中心离下剪刃侧边缘距离 ，与X c钢材厚度 的比值：hhX（2.15）在初步计算时，可取 。10X因此，该剪切机的剪切力 为PXYZhPbb 22106.tan1ta6.0 104170.60tan89721.3tan104.1706. 22 dKN495.3610495.36NKPmax（2.16）式中: 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K值由剪切机能力选取：
