第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪

1、第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪1 轧钢辅助设备 Auxiliary Equipment of Rolling Mills 第八章：剪切机 stationary shears 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪2 主要内容 剪切机的分类； 平行剪刃剪机结构参数、剪切力参数（剪切 力与剪切静力矩）计算; 平行刃剪切机典型结构分析; 上切式与下切式剪切机; 斜刃剪（圆盘剪）、参数及其结构分析。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪3 剪切机定义剪切机定义：将轧件剪切成定尺的机械称之为剪切机。 剪切机分类剪切机分类： 平行刀片用于热剪方坯、 板坯；冷剪（成型剪）型材。 斜刀片一般上刀斜1 6度，用于剪切薄板。 圆盘剪

2、纵剪钢板。 飞剪横切运动着的钢材， 切头、切尾、切定尺。 具体见参考教材表8-1 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪4 1、平行刀片剪切机的类型和参数、平行刀片剪切机的类型和参数 一、类型 1、上切式平行刃剪切 机 这种剪切机的结构是 下刀固定不动，剪切轧 件的动作由上刀向下运 动完成。对下切式剪切 机，在剪切时，为使剪 切顺利进行，机后一般 装有摆动辊道。为提高 生产率，出现了能快速 更换刀片的剪切机。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪5 2、下切式剪切机下切式剪切机 下切式剪切机基本原理是在剪切时上刀不动、下切式剪切机基本原理是在剪切时上刀不动、 下刀升起剪断轧件下刀升起剪断轧件 由于这种剪切机在切

3、断轧件时，下刀抬起轧件 离开辊道，所以机后可不设摆动辊道。 这种剪机另一个特点是在剪切时机架不受剪切 力。 下切式剪切机广泛用于大、中型剪切机。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪6 剪切机的驱动形式一般由电动机驱动。其工作 制度可分为：启动工作制和连续工作制两种。前 者为电机启制动一次完成一次剪切，多采用直流 电动机。在连续工作制的剪切机上，一般装有带 飞轮的交流绕线式电动机，在传动系统中采用离 合器；在空载时，飞轮可储存能量，在剪切时， 离合器合上，飞轮放出的动能可帮助系统克服剪 切时的大的阻力实现剪切。 大型平行刃式剪切机的驱动系统也有采用液压 传动的。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪7 二、剪

4、切机结构参数 1、刀片行程 H它决定了该剪切机所能剪切 钢坯的最大高度。 H=H1+j+q+s H1=钢坯厚h + (5075)mm j压板低于上刀的距离，j=550mm q下刀低于辊道的距离，q=520mm s上下刀刃的重合量，s=525mm 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪8 2、刀片尺寸 刀片长 由被剪钢坯截面的最大宽度 bmax 确定； l = (34)bmax小型方坯剪 l =(22.5)bmax大、中型方坯剪 l =bmax + (100300) 板坯剪 刀片断面高 h 与宽 b h =(0.651.5)h b=h/(2.53) h钢坯厚度 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪9 3、剪机的理

5、论空行程次数 它表示了该剪切机的生产率，理论空行程次数越 多，则生产率越高。它受电机功率与剪切机的型式 的限制。具体数据见p259表82, 剪切机剪切力从 63吨2500吨，其理论剪切次数从530次/分钟 变化。 由于两次剪切之间需要有许多如定尺、运输等 辅助工作要完成，实际剪切次数一般小于该数据。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪10 三、剪切过程分析三、剪切过程分析 实际剪切过程由两个阶段 组成：刀片压入阶段与金属 滑移阶段。 如图，刀片压入后，上下 刀受剪切力P与侧向力T，在 剪切力P形成的力偶Pa作用 下，轧件沿顺时针方向旋转 角，由力的平衡： a=x=0.5z/tg，c=h/cos- 0

6、.5z Pa=Tc (8-7) (8-9) 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪11 Ptg x z PT zb T xb P 5 . 0 5 . 0 当压入到一定深度z时，P力增大同时坯料实际的 剪切断面变小，当实际断面上的剪应力达到剪切变 形抗力时，轧件产生滑移，直至剪断。假定刀片与 金属接触面上压力均布且相等，设轧件宽为b,则有： 由以上关系消去P、a、c可以得出压入深度z与转角 之间的关系： z/h=2tg .sin 2tg 2或： (8-10) h z tg 2 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪12 可知，压入深度z越大，则转角越大，而由式8-9， T=Ptg 知，侧向力T也越大。 在剪切机上，

7、为减少侧向力的值，一 般均安装有压 板将轧件压在下刃台上以减小角。 在无压板情况下， =1020度，T=(0.180.35)P 在有压板情况下， =510度， T=(0.10.18)P 有压板后，剪切机的角减小，侧向力减小，既提高 了剪切质量，又减少了设备磨损。这时压板力为Q： Q=(0.040.05)Pmax 由上面的假设可得出压入阶段的剪切力： P=pbx=pb.0.5z/tg，p平均压力 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪13 5 . 05 . 0 / pbhPzhpbP hz 由(8-10)可得出： 在滑移阶段，剪切力为： 被剪金属断面的剪切变形阻力。由上述公式 可以看出，在压入阶段，剪切力

8、P随压入深度z 增加 而增加；在滑移阶段，P随z而减少。 ) cos (z h bP s 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪14 剪切过程中的轧件 的变形与剪切力之间 的关系可以用右图表 示。 在相对压入深度=0 时，轧件被剪断。 0 为轧件剪断时的相对 压入深度，它与被剪 金属的性质有关，金 属塑性越好则其值越 大。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪15 曲线 P F 曲线=f () 教材262-265所示为部份钢种的曲线。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪16 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪17 2、最大剪切力Pmax PmaxK maxFmax (8-13) K Pmax=0.6KFmax(8-14)

9、t 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪18 3、瞬时剪切力及其计算曲线 上面求出的是最大剪切力。如果想要精确的确定电 动机功率，则必须要求出剪切力P与曲柄转角之间的 关系P=f()。为此必须知道剪切力与刀片压入深度之 间的关系P=f(z)。（或剪切力与相对压入深度间的关系 P=f () ） 瞬时剪切力可按以下公式算出： Pi=kiF0 (8-15) 由于与刀片的压入深度z，相对压入深度有确定关 系，所以根据上式可以确定剪切力P与z或的关系。 由以上关系作出的曲线即瞬时剪切力计算曲线。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪19 4、剪切功、剪切功 根据剪切功可以方便地确定剪切机所需电机功率。 剪切功可按下式计

10、算： a称之为单位剪切功，它等于单位剪阻力曲线所包 围的面积。其意义为剪切高度为1mm断面积为1mm2 试件所需的剪切功。 某些材料的单位剪切功见教材表8-5、8-6及图8-8。 da dFhhdFdzFA 令式中: 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪20 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪21 五、静力矩五、静力矩 1、静力矩的组成 为了精确地计算剪机各传动部件的强度及电 机功率，必须计算剪切机偏心轴上的静力矩。 它由以下三部份组成： Mj=Mp+Mf+Mkon（8-23） 分别表示剪切力矩、摩擦力矩及空转力矩。 由于剪切机负荷较大，摩擦力矩不能简单地用 效率考虑而要进行具体计算。 第八章剪切机飞剪斜刃

11、剪圆盘剪22 2、Pi= f()曲线 设曲柄转角为0度时刀片开度为最大（等 于曲柄半径的两倍）则转角为180度时，刀 片开度最小。可以用图解法或解析法求出曲 柄转角与刀片开度关系。同时也可求出曲柄 转角与相对压入深度的关系。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪23 图解法求曲柄转角与刀片行程相对压入深度关系图解法求曲柄转角与刀片行程相对压入深度关系 与与 相似相似 , ,取取 , 得出得出: 0 0hG i i h z AB 0 G AC A AB 00 ABCAG 0 i zAC 10 A 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪24 曲线横座标为曲柄转角,纵座标为刀片行程; 根据剪切 机构尺寸可作出其关系曲

12、线。 作出五个等距的同心圆。 作出轧件厚度水平线,它与曲线交点的横座标则为刀 片与轧件接触时的曲柄转角.显然这时的压入深度及相 对压入深度均为0。 当压入深为 时,其水平线与曲线交点的横座标为这 时的曲柄转角, 长则为相对压入深度。 利用上面给出的单位剪切阻力曲线（ 曲线） 得出相应转角下的剪切变形抗力，将其乘上轧件的原 始断面积则可得出相应角度下的总剪切力P。这样就 可作出Pi= f()曲线。即曲柄转角与总剪切力之间的关 系。 AB i z 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪25 刀片开度与曲柄转角的关系 H=f() 由左图可知：在曲柄转角 为0度与180度时，连杆 的下铰B点分别处于上下 极限点

13、： 与 。其最大 开度与曲柄半径R的关系 为：H=2R。 由简单的函数关系可以推 出转角与开度的关系式， 设剪切机构的连杆比 =R/L，可得出： 0 B 2cos1 4 cos1RH 0 B 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪26 3、剪切力矩、剪切力矩Mp和摩擦力矩和摩擦力矩Mf 求得剪切力P以后， 则可由剪切机构中的 力的平衡关系求出作 用在连杆上的力，进 而求得作用在曲柄轴 上的静力矩。 如图所示，如总剪 切力为Pi则由此产生 的作用在连杆上的力 为Pab，由曲轴中心向 作垂线，其长度c与 Pab乘积则为产生的静 力矩Mp。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪27 在三角形AOB中，由正弦定理：si

14、n=(R/L)sin 由摩擦引起的偏转角：sin=(a+b)/L 滑块的摩擦角=tan-1 )sin()cos( P P AB 由图可看出， Mj=Pab abC C力Pab到O 点的力臂 以上计算结果实 际包含了剪切力矩 与摩擦力矩。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪28 力臂c的求法： 在90时： c=Rcos(-90)+a+o (8-35) 在90时： c=Rcos(90-+)+a+o (8-36) 由此可作出力臂c与曲柄转角的关系曲线c=f() 以及静力矩与转角的关系曲线Mj =f()。见附图。 空载力矩一般可取剪切力矩的5%-8% 。将三部份 的值相加则得出总的静力矩。 第八章剪切机飞剪

15、斜刃剪圆盘剪29 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪30 预选电动机的额定力矩： Mer=(1.151.3)Mm T tM M jj m 带飞轮的剪切机预选电动机可按前面求出的静负 荷图求出其平均值： ki M M er max 不带飞轮的剪切机预选电动机时，可按静力矩的 大小直接选取： 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪31 2、平行刃剪切机的结构平行刃剪切机的结构 对于剪切机，其电机工作制度分为两种： 1、起动工作制又分为摆动工作制（剪切 一次曲柄转角360）与圆周工作制 （=360）两种，采用直流电机。 2、连续工作制采用离合器、带飞轮。交 流电机。 从剪切机构上讲，剪切机又分为上切式剪切 机与下切

16、式剪切机。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪32 一、上切式剪切机其剪切钢坯动作由上剪刃完成 （下刃固定） 为保持切口平直，上切式剪切机必须在机后有一随 上刀、轧件运动的升降辊道。如图所示： 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪33 实例一：20兆牛上切式剪切机 结构特点：上切式剪切机；由曲柄连 杆机构、上剪刃与连杆之间的补强块、 上剪台液压平衡、液压压板、快速换剪 刃机构、上下剪台夹紧缸及扩大行程机 构组成。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪34 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪35 扩大行程机构扩大行程机构 剪切弯头轧件及事故处理 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪36 2、活连杆上切式剪切机活连杆上切式剪切机 这

17、种类型的上切式剪切机典型实例是剪切能力为 1.6MN的钢坯剪。电机经减速机经二级减速后驱动曲 轴使活动连杆上下摆动。在不剪切时，上刀台由剪机 顶部的汽缸提至最高位置，活连杆由汽缸向左拉至上 刀台左侧的空凹槽内摆动。 在剪切时，上刀台下降，左汽缸将活连杆向右顶至 上刀台右方高出的剪切位置，连杆在曲柄的带动下上 下滑动将上下刀台之间的钢坯剪断。完成剪切任务后， 左汽缸再将连杆拉回左侧上刀的空槽内上下空摆动。 上刀台向上运动由向上的过平衡力实现，平衡重锤通 过悬于剪机顶部的两个链轮及链条将上刀台吊起。顶 部汽缸用以实现上刀台的快速上下运动。完成一次剪 切后，等待下一次剪切。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆

18、盘剪37 为减小剪切过程中的冲击，机体上部装有两 组弹簧。 这种剪机的特点是： 操作速度快，实际剪切次数多。用活连杆 取代传统的离合器。 增大了上下刀台间的距离，即开口度。使 其适应不同的剪切工况要求（如弯头轧件 等）。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪38 实例1.6MN活连杆上切式剪切机 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪39 活连杆式剪切机剪切过程示意图活连杆式剪切机剪切过程示意图 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪40 上刀台形状 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪41 二、下切式剪切机二、下切式剪切机 下切式剪切机基本原理是上刀不动、下刀升起剪断轧下切式剪切机基本原理是上刀不动、下刀升起剪断轧 件件。这样

19、，不需要上切式剪切机那样的机后升降辊道。 但其机构比较复杂。其典型结构是浮动偏心轴式剪切机。 以下介绍下切式剪切机的分类及其基本原理。 这种剪切机有三种型式：上驱动机械压板式、下驱动 机械压板式以及下驱动液压压板式。 浮动偏心轴式剪切机的偏心轴转动中心在各个瞬时是 不同的，它与外界阻力有关；其外界阻力一方面取决于 上下剪台的重量，同时取决于平衡力的大小与配置。 在这三种下切式剪切机中，最广泛使用的一种是液压 压板式下切式剪切机。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪42 浮动偏心轴式下切式剪切机的类型 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪43 液压压板式下切式剪切机液压压板式下切式剪切机 下切式剪切机是 50

20、年代从前苏联引 进的，最大剪切力 为1000吨1500 吨。一般用于初轧 方坯的剪切，它是 具有两个自由度的 曲柄连杆机构。机 构复杂但剪切力大、 剪切质量可靠。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪44 1、结构及自由度分 析 构件数：曲柄、连 杆、上刀台与下刀台。 共四个活动构件。 约束数：铰链三个、 导向滑道两个。均为 低副。 自由度数： W=3*4-2*5=2; 2、剪切过程分析 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪45 剪切过程分析 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪46 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪47 3 3、力与运动分析、力与运动分析 1. 剪切运动分析：设绕A点与 B点转动时其阻力分别为MA与 M

21、B根据最小阻力定律，绕A转 时上刀下降，MAMB，即： (Q1-G1）Rsin (G2-Q2)Rsin Q1-G1G2-Q2 (8-40) Q1+Q2G1 Q2G2(8-42) 此外，下切式剪切机在剪切时其剪切 力仅作用在连杆上 (不作用在机体上) 而 且是拉力，这也是浮动剪的特点之一。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪49 3 3 斜刀片剪切机及其结构斜刀片剪切机及其结构 斜刀片剪切机主要用来剪切钢板，剪刃与水平面所成 的倾角使得其实际剪切面积远小于轧件的横截面积，从 而可以大大减小剪切力。对于斜刃剪而言，同样也有上 切式与下切式两种，以上切式的居多，下切式的一般安 装在连续作业机组中。其驱动力

22、既可以是电机驱动也可 以是液压驱动。 一斜刀片剪切机的参数 1结构参数 主要参数为：刀片的倾角、刀片长l与理论空行程次 数。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪50 倾角愈大，则剪切力愈小，但刀片的行程H需 要增加。而max受横向力的限制。一般钢板厚h越 大允许的倾角愈大，见图(8-27), p284。为抵消横 向力的影响，现场有将剪刃制成人字形的。 刀片的行程可按平行刃剪的公式进行确定，但必 须考虑到倾角引起的行程的增加量H，一般而言： H=bmaxtg (8-47) 刀片的长度l: l=bmax+ (100300)mm(8-48) 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪51 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪5

23、2 剪切力P由三部分组成：P= P1 + P2 + P3 式中：P1纯剪切力、 P2 、P3被剪部份沿AD线的 弯曲力及局部弯曲力（诺沙里公式）： 剪切功 ： A=Pbtg N XY tg Z tg h P b b 2 2 100 1 1 6 . 0 16 . 0 2 2、剪切力与剪切功、剪切力与剪切功 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪53 剪切变形区示意图剪切变形区示意图 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪54 以下对剪切力的主要组成部份进行推导：以下对剪切力的主要组成部份进行推导： 如图示,设q为剪切区域内单位宽度的剪切力，则 在剪切变形区内宽为 dx 形成的区域内有: dP1=qxdx=hdx=

24、(dF ) 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪55 . 6 . 0 : )( : 2 1 1 22 1 的计算式并可以导出总的剪切力 冷剪的计算式由此可导出 代入上式并积分 而 P tg h P P a tg h d tg h hdxP d tg h dx dx h tg d h xtg h z b 诺沙里公式：诺沙里公式： 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪56 与平刃剪一样，刀片变钝时，剪切力要增大15-20%。 斜角的确定：一般取 =13。可以设计为可 调的，以适应不同的板厚。对薄板剪切机其斜角一般 取= 1。 剪刃的侧间隙S：大小必须合适，以保证剪刃寿命及 剪切质量。太小则增加剪切力及剪刃的磨损，

25、反之则 使断口粗糙。一般取S=（0.05-0.07）h 上下剪刃垂直方向前倾 角的确定： = 24 一般都应设计为可调的。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪57 二、斜刃剪驱动形式与结构 大多采用电机驱动，也有采用液压驱动的。其工作 原理如下图所示： 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪58 近年来，液压传动的下切式斜刀片剪切机 得到广泛的应用，这种剪切机有以下优点： 1)结构简单、紧凑、重量轻； 2)剪切动作平稳； 3)能自动防止过载。 但是，液压传动的下切式剪切机生产率 低，油泵电动机功率比电动机传动的电动机 功率大，而且要考虑液压缸同步问题。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪59 同步油缸的工作原理：

26、当下刀台4上升时、液 压油先进入液压缸5的 下油腔，而将液压缸5 上油腔的油排入液压 缸2的下油腔，液压缸 2上油腔则与回油管相 联。只要使液压缸2活 塞下部的面积与液压 缸5活塞上部的面积相 等，就可实现下刀台 两个液压缸同步运动 的要求。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪60 剪切位置可调整的下切式斜刃剪剪切位置可调整的下切式斜刃剪 在冷轧平整机组中，为了能调整剪切位置，出现 了上、下两个刀片都运动的下切式斜刀片剪切机。 限位挡块1决定了剪切位置，限位挡块1的位置由 固定在机架11上的液压缸2来调整。当液压缸3供液 时，柱塞不运动而缸体向下运动，它通过横梁4、拉 杆5带动上刀架6向下运动，直至

27、安装在上刀架6上的 挡块10与限位挡块1相接触为止。此时液压缸3继续 充液，由于上刀架的运动被限位挡块阻挡，因而下 刀架7由液压缸的柱塞带动向上运动并进行剪切。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪61 剪切完毕后，液压缸3反向充液，柱塞带动下刀架7 下降，直至与滑槽12固定在一起的挡块13相接触 为止。此时液压缸3继续充液，则缸体上升，带动 上刀架上升回复至原始位置等待下一次剪切。不剪 切时，上下刀架系统的重量通过挡块13、滑槽12 及液压缸2支承在机架11上。 下刀架液压缸通过齿轮齿条实现机械同步。 此种剪切机剪切时产生的剪切力由联接上下刀架 的拉杆5来承受，机架不受剪切力。 第八章剪切机飞剪斜刃

28、剪圆盘剪62 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪63 斜刃剪的结构（续）斜刃剪的结构（续） 斜刃剪有机械式与液压式的两种。前者一般为电 机驱动的曲柄连杆式的，后者为液压缸驱动的。同 样有上切式与下切式的不同型式。以下介绍部份典 型结构实例。 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪64 斜刃剪结构图 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪65 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪66 电机传动的上切式斜刃剪电机传动的上切式斜刃剪 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪67 4 圆盘剪及其结构圆盘剪及其结构 结构：由上下圆盘形反向旋转刀片组成。 用途：剪切运动着的钢板及带钢，厚度2030mm. 剪切后的部份应进行卷取或碎边，作为切边剪为使 其剪下的切边下弯，应使1、上下剪刃前后错开，或2、 上刀直径小于下刀直径。如图所示： 第八章剪切机飞剪斜刃剪圆盘剪68 一、圆盘剪参数一、圆盘剪参数 1、结构参数 刀片尺寸刀片直径D；设h为钢板厚，s为刀片的 重迭量，咬入角，则： cos1 sh D 当=1015度时，可由经验公式确定： D=(40125)h；对h=40的厚钢板，D=（2225）h; 其它参数