第8章 剪切机1(改)

第8章剪切机8.1剪切机的用途与分类8.2平刃剪切机8.3斜刃剪切机

8.4圆盘式剪切机8.5飞剪机的结构形式和工作原理8.6飞剪机剪切长度的调节

8.1剪切机的用途与分类（1）用途：切头、切尾、切边、切定尺。（2）分类：

1）平行刀片剪切机（平刃剪）

2）斜刀片剪切机（斜刃剪）

3）圆盘式剪切机（圆盘剪）

4）飞剪机1）平行刀片剪切机（平刃剪）：特点：两个刀片彼此平行。用途：横向热剪切方坯、板坯、方形及矩形断面的钢坯；也用两个成型刀片来冷剪管坯及小型圆钢。2）斜刀片剪切机（斜刃剪）:特点：一个刀片相对另一刀片成某一角度倾斜，一般α＝1０~6０。用途：横向冷剪或热剪钢板、带钢、薄板坯；（钢板剪切机）也用来剪切成束的小型钢材。3）圆盘式剪切机（圆盘剪）:特点：两个刀片均呈圆盘状。用途：纵向剪切运动中的钢板（带钢）的边；将钢板（带钢）剪成窄条（纵切机组）。4）飞剪机:特点：刀片在剪切轧件时跟随轧件一起运动。用途：横向剪切运动中的轧件（钢坯、钢板、带钢）；横向剪切运动中的小型型材、线材等；（横切机组）8.2平刃剪切机

§8.2.1类型上切式下切式平刃剪1.上切式平行刀片剪切机（如图8-1）特点：下刀固定不动，上刀则上下运动。剪切机构：曲柄连杆机构。剪切过程：剪切时，上刀压着轧件下降，迫使摆动台也下降。当剪切完毕，上刀上升时，摆动台在其平衡装置作用下也回升至原始位置。用途：用来剪切中小型钢坯。改进：快速换刀的上切式平行刀片剪切机，用来剪切钢坯和板坯。2.下切式平行刀片剪切机（图8-2）特点：上下刀都运动，但剪切轧件的动作由下刀来完成，剪切时上刀不运动。剪切机构：多杆机构剪切过程：由于剪切时下刀台将轧件抬离辊道，故在剪切机后不设摆动台，而且这种剪切机的机架不承受剪切力。用途：用来剪切中型和大型钢坯和板坯。平刃剪动力来源：

电动机驱动或液压传动。平刃剪工作制度：

启动工作制和连续工作制。§8.2.2平刃剪的主要参数结构参数刀片行程刀片尺寸（长度、高度与厚度）理论空行程次数力能参数剪切力剪切功剪切力矩电动机功率平刃剪的主要参数

1.刀片行程

刀片行程是剪切机最主要的结构参数。刀片行程决定：

剪切机的高度；剪切的轧件最大断面高度。刀片行程确定依据（图8-3）：轧件最大断面高度；剪切终了时刀片的重叠量；下刀片与辊道表面的距离。式中

H—刀片行程（指刀片的最大行程）；

h—被切轧件最大断面高度；

f—轧件上表面与压板之间的距离，此值的选取要保证轧件有一定翘头时，仍能通过剪切机，一般取f=50～75mm；

q1—为了避免上刀受轧件冲撞，而使压板低于上刀的距离，一般取q1=5～50mm；

q2—为了使轧件能顺利通过剪切机，下刀不被轧件磨损，使下刀低于辊道表面的距离，一般取q2=5～20mm；

S—上下刀片的重叠量，一般取S=5～25mm。对于采用曲柄连杆（或偏心连杆）机构的剪切机，曲柄轴半径（或偏心轴的偏心）R，等于刀片行程的一半。2.刀片尺寸刀刃长度l刀片横断面高度h’刀片横断面宽度b’刀片尺寸被切钢坯最大断面尺寸选取刀刃长度l

可按下述经验公式确定：

1）小型剪切机：

l=（3～4）bmax

2）大、中型剪切机：

l=（2～2.5）bmax

3）剪切板坯的剪切机：

l=bmax+(100～300)

式中l—刀刃长度，mm；

bmax—被切钢坯横断面的最大宽度，mm。刀片断面高度h’：

h’=（0.65～1.5）h

刀片断面宽度b’：

b’=h’/（2.5～3）

式中h’——刀片断面高度，mm；

h——被切钢坯断面高度，mm；

b’——刀片断面宽度，mm。3．理论空行程次数（剪切次数）

剪切机的每分钟理论空行程次数代表了剪切机的生产率。理论空行程次数（剪切次数）的提高受到电动机功率和剪切机结构型式的限制。显然，剪切机在剪切轧件时的实际剪切次数，总是远远小于理论空行程次数。因为在轧件两次剪切之间，需要完成轧件运输、定尺等辅助工序。确定剪切次数时，可根据轧钢机生产率和有关参考数据选定。

剪切机的选型：§8.2.3轧件剪切过程分析刀片弹性压入金属阶段刀片塑性压入金属阶段金属塑性滑移阶段金属内裂纹萌生和扩展阶段金属内裂纹失稳扩展阶段断裂阶段刀片压入金属阶段金属塑性滑移阶段金属的剪切过程实验表明，最大剪切力产生于刀片塑性压入阶段终了、金属塑性滑移阶段开始之时。因此，一般可将剪切过程分为两个阶段来建立剪切过程的受力模型。压入阶段作用在被剪切金属上的力，如图8-4所示。§8.2.4单位剪切阻力曲线与剪切力和剪切功1．单位剪切阻力曲线根据钢种查图表。2．最大剪切力Pmax

在设计剪切机时，首先要根据所剪轧件最大断面尺寸来确定剪切机公称能力，它是根据计算的最大剪切力并参照有关标准和资料确定的。最大剪切力Pmax可按下式计算

Pmax=Kτmax

Fmax

式中Fmax

——被剪轧件最大的原始断面面积，mm；

τmax——被剪轧件材料在相应剪切温度下最大的单位剪切阻力，MPa；

K——考虑由于刀刃磨钝、刀片间隙增大而使剪切力提高的系数，其数值根据剪切机能力选取：小型剪切机(P<1.6MN)K=1.3

中型剪切机(P=2.5～8.0MN)K=1.2

大型剪切机(P>10MN)K=1.1§8.2.5平行刀片剪切机结构平刃剪的结构型式活动连杆曲柄连杆浮动偏心轴曲柄杠杆(六连杆)§8.2.5.1曲柄连杆上切式剪切机图8-13所示为20MN曲柄连杆上切式剪切机。

§8.2.5.2活动连杆上切式剪切机

图8-15为1.6MN偏心活动连杆上切式剪切机。图8-16表示该剪切机的剪切过程与上刀台的形状。§8.2.5.3浮动偏心轴剪切机（图8-17）

型式：下切式剪切机

用途：剪切大型方坯和板坯

类型：8MN、10MN、16MN、20MN

驱动：上驱动机械压板式

下驱动机械压板式

下驱动液压压板式图8-18为上驱动机械压板浮动偏心轴剪切机立体简图。§8.2.5.4曲柄杠杆剪切机(六连杆剪切机)

型式：下切式剪切机

用途：剪切钢坯

类型：2.5MN、4MN、7MN、9MN、20MN

驱动：交流电动机或直流电动机

工作制度：连续工作制或启动工作制

组成：

剪切机构（包括上刀调整机构）

传动系统

压板装置图8-22表示了9MN曲柄杠杆剪切机结构简图。8.3斜刃剪切机§8.3.1类型开式闭式斜刃剪上切式下切式1.开式机架斜刀片剪切机（图8-26a）2．闭式机架斜刀片剪切机（图8-26b）（1）上切式斜刀片剪切机

特点：下刀片固定不动，上刀片向下运动剪切轧件。

设置：单独设置或组成独立的剪切机组。一般是下刀片水平，上刀片具有一定的倾斜角。

驱动：电动机驱动较多。

传动：单面传动、双面传动、下传动（如图8-27）。优点：结构简单，制造方便，应用较为广泛。上刀运动：是通过电动机、三角皮带、齿轮和曲柄连杆机构实现的。单面传动斜刀片剪切机：特点：曲轴短，受力好，制造方便。缺点：装配较困难，特别是两对齿轮的同步问题。应用：多用于大型钢板剪切。双面传动斜刀片剪切机：优点：高度低、重量轻。下传动斜刀片剪切机：

特点：上刀片固定不动，由下刀片向上运动。

用途：剪切板带的头部、尾部、分卷等。

改进：在有的平整机组中，为了适应能调整板带剪切位置的需要，出现了上、下刀片都运动的下切式斜刀片剪切机。

驱动：电动机驱动或液压传动

传动：一般采用偏心轴使下刀台作往复直线运动。（2）下切式斜刀片剪切机液压驱动下切式斜刀片剪切机运动过程：当下刀台2上升时，液压油先进入液压缸7的下油腔，而将液压缸7上油腔的油排入液压缸6的下油腔，液压缸6的上油腔则与回油管相联。只要使液压缸6下油腔的面积与液压缸7上油腔的面积相等，就可实现下刀台两个液压缸同步升降运动的要求。

命名：Q11-20×2000型上切式剪板机；Q12Y-32×4000型液压摆式剪板机；§8.3.2结构参数刀片倾斜角a刀片尺寸刀片行程理论空行程次数（剪切次数）结构参数1．刀片倾斜角a理解：1）a↑→剪切力↓→刀片行程↑。2）最大允许倾斜角amax

受钢板与刀片间的摩擦条件的限制，当a>amax时，钢板就要从刀口中滑出而不能进行剪切。

3）改进：刀片做成有双边倾斜角的，此时amax将不受摩擦条件的限制，上刀片采用双倾斜角后，剪切时钢板能保持在中间位置。

2.刀片尺寸剪切时，刀片受到挤压、弯曲和摩擦的作用。

刀片尺寸主要由剪切力确定。

刀片长度则应比所剪切的轧件最大宽度大100～300mm。（如表8-9）

刀片材料要有一定的强度和韧性，并要求有较高的硬度。（如表8-10）3.刀片行程

式中H——斜刀片剪切机的刀片行程

bmax——所剪轧件的最大宽度；

a——刀片倾斜角。H=h+f+q1+q2+S+bmaxtana

4.理论空行程次数（剪切次数）剪切机的理论空行程次数(剪切次数)主要根据生产率来确定，也与剪切机结构有关。§8.3.3剪切力与剪切功斜刀片剪切机的剪切力由三部分组成

P=P1+P2+P3

式中P1——纯剪切力；

P2——轧件被剪掉部分的弯曲力，即被剪掉部分在剪切时被上刀片沿着AED线（图8-32）

作用产生的弯曲力；

P3——钢板在剪切区域（近似地以EF弧线为界）内的弯曲力，在此区域内由于上刀片的压力使金属形成局部的碗形弯曲。

在斜刀片剪切机上的剪切过程与平行刀片剪切机主要不同之点是：剪切时作用在刀片上的力不是以被剪切钢板全部断面来计算。在稳定剪切时，剪切面积只限于三角形ABC内划阴影线部分(图8-33)

。

§8.3.4滚切式剪切机在普通斜刀片剪切机上剪切厚度大于20mm板材时，由于刀片行程大，易使板材产生横向弯曲，在剪切侧边时板边也不齐，影响板材的剪切质量和产量。而滚切式(斜刀片)剪切机（图8-36）上刀刃是弧形的，弧形上刀刃在平直的下刀刃上滚动剪切。此时，在整个剪切范围内刀片重叠量不变，被剪板材几乎不弯曲。

滚切式剪切机剪切过程：位置a：处于最大开口度的起始位置。位置b：当曲柄轴等速同向转动时，上刀片左端首先下降开始剪切。位置c：当上刀片与下刀片之间达到一定的重叠量后，上刀片将沿下刀片滚动。刀片滚动时

左端相切。位置d：刀片滚动时中间相切。位置e：刀片滚动时右端相切。又回到位置a：处于最大开口度的起始位置。8.4圆盘式剪切机

用途：纵向剪切厚度小于20～30mm的钢板及薄带钢。由于刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动着的钢板或带钢。改进：两台串联圆盘剪剪切厚度为40mm的钢板，第一台圆盘剪切入板厚的5％～10％，紧接着第二台圆盘剪将钢板全部切断。

设置：在精整作业线上，用来将运动着的钢板的纵向边缘切齐或切成窄带钢。

型式：剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。

剪切板边的圆盘剪每个圆盘刀片均悬臂地固定在单独的传动轴上，刀片的数目为两对，这种圆盘剪用于中厚板的精整加工线、板卷的横切机组和连续酸洗等作业线上。剪切带钢的圆盘剪用于板卷的纵切机组、连续退火和镀锌等作业线上。这种圆盘剪的刀片数目是多对的，一般刀片都固定在两根公用的传动轴上，也有少数的圆盘剪刀片固定在单独的传动轴上。

圆剪切机组（大纵剪）圆盘分剪机为了使已切掉板边的钢板在出圆盘剪时能够保持水平位置，而切边则向下弯曲，往往将上刀片轴相对下刀片轴移动一个不大的距离（图8-40a）

，或者将上刀片直径做得比下刀片小些（图8-40b）

，此时；被切掉的板边将剧烈地向下弯曲。为了防止钢板进入圆盘剪时向上翘曲，通常在圆盘前面靠近刀片的地方装有压辊（图8-40）。§8.4.1圆盘式剪切机参数

1．结构参数圆盘刀片尺寸侧向间隙剪切速度结构参数（1）圆盘刀片尺寸

圆盘刀片直径D：

刀片重叠量S：

一般根据被剪切钢板厚度来选取。由图可见，随着钢板厚度的增加，重叠量S愈小。当被剪切钢板厚度大于5mm时，重叠量S为负值。圆盘刀片直径D的经验选取：

1）咬入角α1=100~150：D=（40～125）h2）钢板h=40mm：D=（22～25）h

圆盘刀片厚度δ的经验选取：

δ=（0.06～0.1）D（