圆盘剪力能参数的计算方法与选择

1、中国冶金装备网 中国冶金人的网站圆盘剪力能参数的计算方法与选择摘要：根据剪切过程中，带材厚度变化可以用一个满足边界条件的二次函数来表示，从而推导出剪切力的计算方 法。分析了带材厚度与重叠量的关系，获得了相对重叠量S/h的取值范围。通过与现有一些剪切力计算公式相比较，本文可以得到较为合理的剪切力计算结果，可以为圆盘剪的设计和使用提供参考。关键词：圆盘剪剪切力重叠量Calculation and Selection of Energetic P arameter on Slitting ShearsZHANG Meng(Baosteel En gi neering & Techno logy Co

2、., Ltd. Sha nghai 201900)Abstract: The quadratic function with boundary condition can be shown for variety of stri p thickness. The calculating formula of shearing force is derived in this pap er. This results show the relation of str ip thickness and overla p, value range of relative overlap S/h. C

3、omparing with the existing calculating formula of shearing force, the result of this paper is reasonable, and offer the reference for designing and use of slitting shears.Keywords: slitting shear shearing force overla p在带材生产中往往需要对带材进行切边或分条，使带材两侧面断面平直、光洁，以达到下道 工序生产要求。切边、分条的主要设备就是圆盘剪。剪切力的计算是圆盘剪力能参数计算的

4、基础，是设计和使用圆盘剪的出发点。因此，准确计算剪切力是非常重要的。计算圆盘剪剪切力的方法较多，常用的是诺沙利(B.B.Hoca jie)B公式、柯洛辽夫(A . A . Kop)0公式和村川正夫、 前田祯三公式等等。 本文所阐述的方法是把上下两个 圆盘剪剪刃和带材接触点之间的厚度变化看成是能满足边界条件的二次函数，并引入了正负值的 重叠量，使其计算更符合实际生产。1.剪切力的计算剪切过程一般由两个阶段组成：压入变形阶段和剪切滑移阶段。剪刃逐渐压入带材，剪切力 由零逐渐增大，由于这个阶段剪切断面产生的剪应力小于带材的抗剪应力，故带材只发生局部塑 性变形。随着剪刃逐渐压入，剪应力增加到与抗剪应力

5、相等。继续压入，当剪切断面上的剪应力 大于带材抗剪应力时，带材便进入滑移阶段。剪切断面逐渐减小，剪切力也逐渐减小直至零。下 刀片装在内侧主要起支撑作用，上刀片装在外侧主要起剪切作用。由于剪刃磨钝以及侧间隙等原因，也会影响单个圆盘剪剪刃上的剪切力。同时，剪切后的废 边由于上剪刃的压力等原因而产生向下弯曲。因此，在计算剪切力时应考虑这些因素的影响。R. C _lo上l p :lS0图1圆盘剪剪切过程受力图如图1所示，当SX)时，为了计算剪刃接触面上带材厚度的变化情况，需要建立上下圆弧的 方程为：SX2 +(| y R+N2 =R2(1)式中：S上下剪刃的重叠量，mm ;R剪刃半径，mm。X2 =(

6、y|+|)(2R_|y|_m(2)如图1所示，当x=l时，y=h/2。(3)h +Scos a =1 2R式中：a两个剪刃的咬入角;h带材厚度，mm。I2 =(h +S)R(1 +cosa)2(4)剪切力作用点对应的方程为:X2 =(h(x) +S) (1 +cos Otp)(5)式中：a p 剪切力作用点对应的圆心角。将式(4)和式(5)相比较得到下式:式中：K _ 1 +cos Q。1 +cos Otp同理，当S0时得到的方程如下:h (1 _鱼)+Scos ap =1 2, X 2h(x) =K(h +S)(-) -Sl2Rl =(h -S)(1+cos Ot)(6)(7)结合式(7)和

7、式(10)，可以得到如下方程:h(1_旦)_S2cos ” 1 rg 一2RX 2h(x) =K(h _S)( ) +Sh(x) =K(h 卅 S|)(彳)2 -IS(9)(10)(11)(12)ho =h(1 _&) =K(h 卅 S)()2式中：& 断裂时的相对切入深度，一般& =1.21.6 & ；&被剪切材料的延伸率，。由式(12)，可以得到接触线 CD至剪刃中心线的距离1的方程:(13)变形区的接触面积为:IFABCD = Jh(X)dXl0-K(h 则(|3-I03)_|S(I-10)312(14)作用在一片剪刃上的剪切力为=k1 kmax F ABC = k1 k2kb F AB

8、C D(15)式中：k1 剪刃磨钝及侧间隙影响系数,k1 =1.3 1.5 ；k2应力转化系数，k2 =0.70.76k3废边弯曲影响系数,k3 =1.2 1.4bb 被剪板强度极限,MPa。由式(9)可以得到剪切力作用点到剪刃中心的距离lpIp =Rsi n Otp =R s in cos 亠(1)(16)作用在一对剪刃上的力矩 M为:M =2Plp(17)2 .带材厚度与重叠量的关系重叠量是圆盘剪剪切过程中一个很重要的参数，正确的重叠量能保证带材剪切时产生一个最中国冶金装备网 中国冶金人的网站佳的咬入角度和在剪切扭矩的作用下不跳刀、保持剪切的连续性。重叠量的大小与带材的抗拉强 度、厚度、后

9、张力、剪切力有关2。刀盘的重叠量随带材厚度的变化而变化，若重叠量不够，在剪切时局部会剪切不断，引起机械超负荷和带材局部弯曲；若重叠量太大，造成咬入角过小，则 会使带材“竖立” 3。带材厚度与相对重叠量的关系如图2所示,46%,厚度为1.43.8mm时，重叠量从带材3.8mm时，重叠量为0;当带材厚度大于 3.8mm时，重叠根据生产经验的积累，为了获得良好的剪切质量，图2带材厚度与相对重叠量的关系S0.7mm , -0.2Sh0.5。带材厚度为0.11.4mm时，重叠量大约为带材厚度的 厚度的46%逐渐递减，当带材厚度为 量为负值。如图所示，通常情况3.剪切力与重叠量的关系明确了相对重叠量的取值

10、范围，剪切力的计算就可以参考这个范围，从而使计算更有针对性。表中:表1现有剪切力P的计算公式作看仝式备汪1 2S+ 訓cosa, - 1 1诺沙和(B.B. Hocajiefi)马 1.2 1上a、q同上2枸帚辽夫J(A.A.EopQJieB)4世吟W耳=5= 0.7-0.76& 1 .2 r 出ti=/()=0 5C3 0 864村川正夫卩=哄口 冈齐厉一府M3前田祯三S切时I = 0 7 -0 76So、矶、R 5、a p、S、h均与本文符号意义一致。本文参考村川正夫、前田祯三实验中的一组数据D = 2R= 150mm, h= 1mm ;矶=313.6MPa ;& = 0.31 ; Sb

11、=0.3875 ;S甘(1 _毎)21 S 刊.8063dtp zzCOS -(1) =cos -(1 _)2R1501 S +h1 S 。OtCOS -(1 ) iOS -(1)2R150根据以上参数，得到的剪切力计算结果如下表：表2剪切力P的计算值根据表2,绘制成曲线，如图1.Z03所示。-0.2-0. I00. 10.20.5Q O O D DD 6 4 A k n- D n- s.二农旱獄Q.QQ序号公式件者-0.2-0.10.20L5- 备注00. 11诺沙利0. 75850.71870.68650. 65970. 62570. 5854ki=l. 52柯洛辽夫0,68450. 63

12、380.&9290, 55900. 51580.4647kO. 7ksl. 23村川正夫 前田祯三D.9D12Q. 95S9l.OQTBEL SOT00. 6T78a. 5412fcl=0.5-0.58k2=0.7ki=l. 54本文0” 56000. 59040.6265CL 59040. 5S000.1S09k T k 3-1.27图3剪切力与相对重叠量的关系当0S/h0.46时，四个公式的剪切力都随着相对重叠量的增加而减小，而本文与诺沙利公式 和柯洛辽夫公式的计算结果相近；当 S/h=0时，本文和村川正夫、前田祯三公式的剪切力都达到 了最大；当-0.2 S/h0时，诺沙利公式和柯洛辽夫公式却逐渐增大，这显然不合理，而本文和村 川正夫、前田祯三公式的剪切力逐渐减小，与实际相符。4 .结束语本文将上下两个圆盘剪剪刃和带材接触点之间的厚度变化看成是满足边界条件的二次函数， 并引入了正负值的重叠量。根据生产经验得到带材厚度与重叠量的关系。通过与诺沙利公式、柯 洛辽夫公式和村川正夫、前田祯三公式的比较，本公式得到了较为合理的剪切力计算结果，可以 为圆盘剪的设计和使用提供参考。参考文献李龙海、郭京林、孔繁华、1【234李瑞雪 刘翠波、 杨大中