1、第8章 剪切機8.1 剪切機的用途與分類8.2 平刃剪切機8.3 斜刃剪切機 8.4 圓盤式剪切機8.5 飛剪機的結構形式和工作原理8.6 飛剪機剪切長度的調節 8.1 剪切機的用途與分類 用于對軋件進行切頭、切尾或剪切成規定切頭、切尾或剪切成規定尺寸尺寸(定尺定尺)的機械的機械稱為剪切機。根據剪切機刀片形狀、配置以及剪切方式等特點，剪切機可分為平行刀片剪切機、斜刀片剪切機、圓盤式剪平行刀片剪切機、斜刀片剪切機、圓盤式剪切機和飛剪機切機和飛剪機。表8-1(P256頁頁)表示了這些剪切機的特點和用途。 8.2 平刃剪切機 8.2.1 類型 根據剪切軋件時刀片的運動特點，平行刀片剪切機可分為上切式

2、上切式和下切式下切式兩大類。1. 上切式平行刀片剪切機 特點：下刀固定不動，上刀則上下運動下刀固定不動，上刀則上下運動。如圖8-1(P257頁頁)所示，其剪切機構是由最簡單的曲柄連桿機構曲柄連桿機構組成。剪切時，上刀壓著軋件下降，迫使擺動臺也下降。當剪切完畢，上刀上升時，擺動臺在其平衡裝置作用下也回升至原始位置。此類剪切機由于結構簡單，廣泛用來剪切用來剪切中小型鋼坯中小型鋼坯。此外，隨著快速換刀片的生產需要，也出現了能快速換刀的上切式平行刀片剪切機，用來剪切初軋鋼坯和板坯。當然，其設備重量會有較大的增加，結構也稍復雜些。2.下切式平行刀片剪切機 特點是：上下刀都運動，但剪切軋件的動上下刀都運動

3、，但剪切軋件的動作由下刀來完成，剪切時上刀不運動作由下刀來完成，剪切時上刀不運動。由于剪切時下刀臺將軋件抬離輥道(圖8-2) (P257頁頁)，故在剪切機后不設擺動臺，而且這種剪切機的機架不承受剪切力。由于上述兩個特點，下切式平行刀片剪切機普遍用來剪切中型和大型鋼用來剪切中型和大型鋼坯和板坯坯和板坯，以減輕整個剪切機組的設備重量。這種剪切機的剪切機構較為復雜，往往由多桿機構組成。 平行刀片剪切機一般都由電動機驅動，根據其工作制度，可分為啟動工作制和啟動工作制和連續工作制連續工作制兩種。 在大型平行刀片剪切機上，除采用電動機驅動外，也有采用液壓傳動的。 8.2.2結構參數 平行刀片剪切機的主要參

4、數包括兩大類：一為結構參數結構參數，即刀片行程、刀片尺寸(長度、高度與厚度)和理論空行程次數；二為力能參數力能參數，即剪切力、剪切功、剪切力矩及電動機功率。 1. 刀片行程 刀片行程刀片行程是剪切機最主要的結構參數，它決定了剪切機的高度。在剪切能力允許的范圍內，它也決定了所能剪切的軋件最大斷面高度。 刀片行程根據軋件最大斷面高度軋件最大斷面高度、剪切終剪切終了時刀片的重疊量了時刀片的重疊量以及下刀片與輥道表面的距下刀片與輥道表面的距離離等參數(圖8-3) (P258頁頁)，可按下式計算 H = h + f + q1 + q2 + S 8-1 式中H刀片行程(指刀片的最大行程)； h 被切軋件最

5、大斷面高度； f 軋件上表面與壓板之間的距離，此值的選取要保證軋件有一定翹頭時，仍能通 過剪切機，一般取f=5075mm； q1 為了避免上刀受軋件沖撞，而使壓板低于上刀的距離，一般取q1=550mm； q2 為了使軋件能順利通過剪切機，下刀不被軋件磨損，使下刀低于輥道表面的 距離，一般取q2 =520mm；S 上下刀片的重疊量，一般取S=525mm。 對于采用曲柄連桿曲柄連桿(或偏心連桿偏心連桿)機構的剪切機，曲柄軸半徑(或偏心軸的偏心)R，等于刀片行程的一半。2. 刀片尺寸 刀片尺寸包括刀刃長度l，刀片橫斷面高度h及寬度b。這些尺寸可以根據被切鋼坯最大斷面尺寸來選取。 刀刃長度可按下述經驗

6、公式確定： 對剪切方坯的剪切機，刀刃長度分兩種情況計算： 1) 在小型剪切機上，考慮經常是同時剪切幾個小斷面鋼坯，此時 l =(34)bmax 2) 在大、中型剪切機上，刀刃長度按下式計算： l =(22.5)bmax 對剪切板坯的剪切機，刀刃長度按下式計算： l = bmax +(100300) 式中 l 刀刃長度，mm； bmax被切鋼坯橫斷面的最大寬度，mm。 刀片斷面高度及寬度可按下述經驗公式確定 h = (0.651.5)h b = h/(2.53) 式中 h 刀片斷面高度，mm； h 被切鋼坯斷面高度，mm； b 刀片斷面寬度，mm。3理論空行程次數(剪切次數) 剪切機的每分鐘理論

7、空行程次數剪切機的每分鐘理論空行程次數代表了剪切機的生產率。理論空行程次數(剪切次數)的提高受到電動機功率和剪切機結構型式的限制。確定剪切次數時，可根據軋鋼機生產率和有關參考數據選定。 表8-2(P259頁頁)是我國原一機部制定的熱鋼坯剪切機基本參數(JB2093-77)，表中列出了剪切機刀片行程、刀片尺寸和理論空行程次數等有關數據，可供設計剪切機時選用。 顯然，剪切機在剪切軋件時的實際剪切次數，總是遠遠小于理論空行程次數。因為在軋件兩次剪切之間，需要完成軋件運輸、定尺等輔助工序。 8.2.3 軋件剪切過程分析 金屬的剪切過程可以分為以下幾個階段：刀片彈刀片彈性壓入金屬階段；刀片塑性壓入金屬階

8、段；金屬塑性性壓入金屬階段；刀片塑性壓入金屬階段；金屬塑性滑移階段；金屬內裂紋萌生和擴展階段；金屬內裂紋滑移階段；金屬內裂紋萌生和擴展階段；金屬內裂紋失穩擴展和斷裂階段失穩擴展和斷裂階段。一般可粗略地分為兩個階段：刀片壓入金屬階段刀片壓入金屬階段和金屬塑性滑移階段金屬塑性滑移階段。在不同階段，被剪切金屬剪切區域內應力狀態是不同的。在整個剪切過程中，剪切區應力狀態不斷變化，剪切力也不斷變化。實驗表明，最大剪切力產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8-4(P260頁頁)所示。 8.2.

9、4 單位剪切阻力曲線與剪切力和剪切功1單位剪切阻力曲線 根據鋼種查圖表。2最大剪切力Pmax 在設計剪切機時，首先要根據所剪軋件最大斷面尺寸來確定剪切機公稱能力，它是根據計算的最大剪切力并參照有關標準和資料確定的。 最大剪切力Pmax可按下式計算 Pmax =K max Fmax 式中Fmax 被剪軋件最大的原始斷面面積，mm； max 被剪軋件材料在相應剪切溫度下最大的單位剪切阻力，MPa； K 考慮由于刀刃磨鈍、刀片間隙增大而使剪切力提高的系數，其數值根據剪切機能力選取： 小型剪切機(P10MN) K=1.1 8.2.5 平行刀片剪切機結構 平行刀片剪切機結構型式較多，現介紹曲柄連桿、活動

10、連桿、浮動偏心軸和曲曲柄連桿、活動連桿、浮動偏心軸和曲柄杠桿柄杠桿(六連桿六連桿)四種剪切機四種剪切機的結構。 8.2.5.1曲柄連桿上切式剪切機 圖8-13(P274頁頁)所示為20MN曲柄連桿上切上切式剪切機式剪切機。 8.2.5.2活動連桿上切式剪切機 圖8-15(P275頁頁)為1.6MN偏心活動連桿上切式剪切機上切式剪切機。圖8-16(P276頁頁)表示該剪切機的剪切過程與上刀臺的形狀。 8.2.5.3 浮動偏心軸剪切機 這種剪切機是下切式剪切機下切式剪切機，用來剪切大型方坯和板坯。按剪切能力分，我國現有8MN、10MN、16MN等類型。國外已有20MN的浮動偏心軸剪切機。按結構特點

11、來分，可分為三種型式：上驅動機械壓板式、下驅動機械壓板式和下驅動液壓壓板式(圖8-17) (P276頁頁)。圖8-18(P277頁頁)為上驅動機械壓板浮動偏心軸剪切機立體簡圖。 8.2.5.4 曲柄杠桿剪切機(六連桿剪切機) 這種剪切機屬于下切式剪切機下切式剪切機，在850mm和750mm初軋車間以及650mm鋼坯車間得到了應用。按剪切能力劃分，我國現有2.5MN、4MN、7MN和9MN四種類型。國外有20MN的六連桿剪切機。這些不同剪切能力的六連桿剪切機，其結構型式基本相同，只是電動機型式(交流或直流)與工作制度(連續工作制或啟動工作制)稍有差別。表8-8(P280頁頁)列出了某些六連桿剪切

12、機的主要性能。 圖8-22(P280頁頁)表示了9MN曲柄杠桿剪切機結構簡圖。剪切機由剪切機構(包括上刀調整機構)，傳動系統，壓板裝置三部分組成。 8.3 斜刃剪切機 8.3.1 類型 根據剪切機機架結構型式，斜刀片剪切機可分為開式開式和閉式閉式兩大類。1. 開式機架斜刀片剪切機(圖8-26a) (P285頁頁)2閉式機架斜刀片剪切機(圖8-26b) (P285頁頁) 根據剪切軋件時刀片的運動特點，閉式機架斜刀片剪切機又可分為上切式和下切式兩種。 (1)上切式斜刀片剪切機 這種剪切機下刀下刀片固定不動，上刀片向下運動剪切軋件片固定不動，上刀片向下運動剪切軋件。上切式斜刀片剪切機主要是單獨設置，

13、或組成獨立的剪切機組。一般是下刀片水平，上刀片具有一定的傾斜角。剪切機采用電動機驅動較多，根據齒輪傳動系統特點，可分為單面傳動、雙面傳動、下傳動等型式。 單面傳動斜刀片剪切機(圖8-27a) (P285頁頁)因其結構簡單，制造方便，應用較為廣泛。上刀運動是通過電動機、三角皮帶、齒輪和曲柄連桿機構實現的。 雙面傳動斜刀片剪切機(圖8-27b) (P285頁頁)的特點是曲軸短，受力好，制造方便。但裝配較困難，特別是對兩對齒輪的同步問題要求嚴格。這種剪切機大多用于大型鋼板剪切機。 下傳動斜刀片剪切機(圖8-27c) (P285頁頁)可使剪切機高度低、重量輕。例如，對于鋼板焊接結構的剪切機，其重量可減

14、輕20；而對于鑄造結構的剪切機，則可減輕30。 (2) 下切式斜刀片剪切機 這種剪切機通常是上刀片固定不動，由下刀片向上運動剪切軋件。下切式斜刀片剪切機主要裝設在連續作業線上，用來剪切板帶的頭部、尾部、分卷或剪切掉有缺陷的部分。在有的平整機組中，為了適應能調整板帶剪切位置的需要，出現了上、下刀片都運動的下切式斜刀片剪切機。 電動機驅動的下切式斜刀片剪切機，一般采用偏心軸使下刀臺作往復直線運動(圖8-29a) (P287頁頁)。 在下切式斜刀片剪切機中，液壓驅動得到了廣泛應用。圖8-29b(P287頁頁)為采用液壓缸串聯同步的液壓驅動下切式斜刀片剪切機簡圖。當下刀臺2上升時，液壓油先進入液壓缸7

15、的下油腔，而將液壓缸7上油腔的油排入液壓缸6的下油腔，液壓缸6的上油腔則與回油管相聯。只要使液壓缸6下油腔的面積與液壓缸7上油腔的面積相等，就可實現下刀臺兩個液壓缸同步升降運動的要求。 8.3.2結構參數 斜刀片剪切機的主要結構參數為刀片刀片傾斜角傾斜角a、刀片尺寸、刀片行程和理論空、刀片尺寸、刀片行程和理論空行程次數行程次數(剪切次數剪切次數)。1刀片傾斜角a 圖8-30(P287頁頁)表示了上刀片布置成一定傾斜角時的剪切過程。 刀片的傾斜角a愈大，剪切時的剪切力愈小，但使刀片行程增加。最大允許傾斜角amax受鋼板與刀片間的摩擦條件的限制，當aamax時，鋼板就要從刀口中滑出而不能進行剪切。

16、 近年來有些斜刀片剪切機上刀片做成有雙邊傾斜角的，此時amax將不受摩擦條件的限制，上刀片采用雙傾斜角后，剪切時鋼板能保持在中間位置。 2. 刀片尺寸 剪切時，刀片受到擠壓、彎曲和摩擦的作用。刀片尺寸主要由剪切力確定。表8-9(P288頁頁)列出了某些刀片斷面尺寸與剪切力的關系。刀片長度則應比所剪切的軋件最大寬度大100300mm。 刀片材料要有一定的強度和韌性，并要求有較高的硬度。表8-10(P288頁頁)列出了某些刀片的材料和硬度值。 3. 刀片行程 由于刀片傾斜角的影響，斜刀片剪切機的刀片行程H，除了式8-1中的有關因素外，還要考慮由于刀片傾斜所引起的行程增加量H。可按下式計算 H”=

17、bmaxtana 8-47 式中 bmax 所剪軋件的最大寬度； a 刀片傾斜角。 因此，斜刀片剪切機的刀片行程H為 H =H+H” = h + f + q1 + q2 + S + bmaxtana 式中 H按式8-1計算的刀片行程； H”按式8-47計算的刀片行程增加量。4. 理論空行程次數(剪切次數) 如前所述，剪切機的理論空行程次數(剪切次數)主要根據生產率來確定，也與剪切機結構有關。 表8-11(P289頁頁)列出了某些斜刀片剪切機的每分鐘剪切次數和電動機功率。 8.3.3 剪切力與剪切功 斜刀片剪切機的剪切力由三部分組成 P =P1+P2+P3 式中P1 純剪切力； P2 軋件被剪掉

18、部分的彎曲力，即被剪掉部分在剪切時被上刀片沿著AED線(圖8-32) (P289頁頁)作用產生的彎曲力； P3鋼板在剪切區域(近似地以EF弧線為界)內的彎曲力，在此區域內由于上刀片的壓力使金屬形成局部的碗形彎曲。 在斜刀片剪切機上的剪切過程與平行刀片剪切機主要不同之點是：剪切時作剪切時作用在刀片上的力不是以被剪切鋼板全部用在刀片上的力不是以被剪切鋼板全部斷面來計算。在穩定剪切時，剪切面積斷面來計算。在穩定剪切時，剪切面積只限于三角形只限于三角形ABC內劃陰影線部分內劃陰影線部分(圖8-33) (P289頁頁)。 8.3.4 滾切式剪切機 在普通斜刀片剪切機上剪切厚度大于20mm板材時，由于刀片

19、行程大，易使板材產生橫向彎曲，在剪切側邊時板邊也不齊，影響板材的剪切質量和產量。而滾切式(斜刀片)剪切機(圖8-36) (P290頁頁)上刀刃是弧形的，弧形上刀刃在平直的下刀刃上滾動剪切。此時，在整個剪切范圍內刀片重疊量不變，被剪板材幾乎不彎曲。 這種剪切機的剪切過程如圖8-37 (P290頁頁)所示。位置a為處于最大開口度的起始位置。當曲柄軸等逮同向轉動時，上刀片左端首先下降開始剪切(位置b)。當上刀片與下刀片之間達到一定的重疊量后，上刀片將沿下刀片滾動。位置c、d和e分別為刀片滾動時左端相切、中間相切和右端相切的簡圖。 課后作業： 1、剪切機的作用是什么？ 2、平行刀片剪切機有哪些類型？其

20、主要參數是什么？ 3. 斜刀片剪切機有哪些類型？其主要參數是什么？ 8.4 圓盤式剪切機 圓盤式剪切機廣泛用于縱向剪切厚度小縱向剪切厚度小于于2030mm的鋼板及薄帶鋼的鋼板及薄帶鋼。由于刀片是旋轉的圓盤，因而可連續縱向剪切運動著的鋼板或帶鋼。由于上述特點，目前各國都在研究擴大圓盤剪剪切厚度范圍。有的國家采用兩臺串聯圓盤剪剪切厚度為40mm的鋼板，第一臺圓盤剪切入板厚的510，緊接著第二臺圓盤剪將鋼板全部切斷。 圓盤剪通常設置在精整作業線上，用來將運動著的鋼板的縱向邊緣切齊或切成窄帶鋼。 根據其用途可分成兩種型式：剪切板邊的圓剪切板邊的圓盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪。 剪切板邊

21、板邊的圓盤剪每個圓盤刀片均懸臂地固定在單獨的傳動軸上，刀片的數目為兩對，這種圓盤剪用于中厚板的精整加工線、板卷的橫切機組和連續酸洗等作業線上。 剪切帶鋼帶鋼的圓盤剪用于板卷的縱切機組、連續退火和鍍鋅等作業線上。這種圓盤剪的刀片數目是多對的，一般刀片都固定在兩根公用的傳動軸上，也有少數的圓盤剪刀片固定在單獨的傳動軸上。 為了使已切掉板邊的鋼板在出圓盤剪時能夠保持水平位置，而切邊則向下彎曲，往往將上刀片軸相對下刀片軸移動一個不大的距離(圖8-40a) (P294頁頁)，或者將上刀片直徑做得比下刀片小些(圖8-40b) (P294頁頁)，此時；被切掉的板邊將劇烈地向下彎曲。 為了防止鋼板進入圓盤剪時

22、向上翹曲，通常在圓盤前面靠近刀片的地方裝有壓輥(圖8-40)。8.4.1 圓盤式剪切機參數1結構參數 圓盤式剪切機主要結構參數為圓盤刀片尺寸、側向間隙和剪切速度。 (1) 圓盤刀片尺寸圓盤刀片尺寸 圓盤刀片尺寸包括圓盤刀片直徑D及其厚度。圓盤刀片直徑D主要決定于鋼板厚度h，其最小允許值與刀片重疊量S和最大咬入角a1有下列關系 D =(h+S)/(1-cosa1) 刀片重疊量S一般根據被剪切鋼板厚度來選取。圖8-41(P295頁頁)為某廠采用的刀片重疊量S與鋼板厚度h的關系曲線。由圖可見，隨著鋼板厚度的增加，重疊量S愈小。當被剪切鋼板厚度大于5mm時，重疊量S為負值。 減小圓盤刀片直徑可減小圓盤

23、剪的結構尺寸，但最小圓盤刀片直徑受軸承部件結構尺寸的限制。在結構尺寸允許情況下，應盡量選用小直徑的圓盤刀片。當剪切厚鋼板(h=40mm)時，圓盤刀片直徑可按下式選取 D = (2225)h 圓盤刀片厚度占一般取為 = (0.060.1)D (2) 圓盤刀片側向間隙圓盤刀片側向間隙 確定側向間隙時，要考慮被切鋼板厚度和強度。側向間隙過大，剪切時鋼板會產生撕裂現象。側向間隙過小，又會導致設備超載、刀刃磨損快，切邊發亮和毛邊過多。 在熱剪切鋼板時，側向間隙可取為被切鋼板厚度h的12%16 %。在冷剪時，值可取為被切鋼板厚度h的911。當剪切厚度小于0.150.25mm時，值實際上接近于零，要把上下圓

24、盤刀片裝配得彼此接觸，甚至帶有不大的壓力。 (3)剪切速度剪切速度v 剪切速度v要根據生產率、被切鋼板厚度和機械性能來確定。剪切速度太大，會影響剪切質量，太小又會影響生產率。常用的剪切速度可按表8-14(P296頁頁)來選取。 2. 剪切力與剪切功率 作用在一個刀片上的總剪切力由兩個分力所組成，即 P = P1+P2 式中 P1 純剪切力； P2 鋼板被剪掉部分的彎曲力，是由 于剪切伴隨著鋼板的復雜彎曲而 產生的，特別對于較窄的鋼板更 為顯著(圖8-43) (P296頁頁)。 純剪切力P1的確定在原則上與斜刀剪類似(圖8-44) (P297頁頁)。8.4.2 圓盤式剪切機結構 圖8-46(P299頁頁)為具有兩對刀片的圓盤式剪切機結構示意圖。此剪切機用來冷剪厚度為425mm