平刃剪切机平刃剪切机 11.1 斜刃剪切斜刃剪切 11.2 第十一章第十一章 剪切机剪切机 圆盘剪圆盘剪 11.3飞剪机飞剪机 11.41 基本要求：基本要求：重点与难点：重点与难点： 了解剪切机作用、类型、结构；理解飞剪的工作了解剪切机作用、类型、结构；理解飞剪的工作原理；掌握剪切机的结构选型及其主要参数选择原理；掌握剪切机的结构选型及其主要参数选择 飞剪工作原理；剪切机的结构及其选型；剪切机飞剪工作原理；剪切机的结构及其选型；剪切机主要参数选择主要参数选择 2 图11-1不同类型剪切机剪刃配置图a-平刃剪切机；b-斜刃剪切机；c-圆盘剪切机3 11.1 11.1 平刃剪切机平刃剪切机 11.1.1 平刃剪分类平刃剪分类Ø 平刃剪切机按其剪切方式可分为上切式和下切式两种ü上切式剪切机的特点是下刀刃固定不动，剪切轧件的动作由 上刀刃来完成；ü下切式剪切机，其上、下两个刀刃都是运动的，但剪切轧件 的运动是由下刀刃上升来完成的4 Ø 平刃剪切机还可分为闭式剪切机和开式剪切机ü 闭式剪切机的机架位于刀刃的两侧，通常做成门型，刚性好， 剪切断面大，但不易观察剪切情况，不便于设备的维修和事故 处理；ü 开式剪切机的机架位于刀刃的一侧，通常做成悬臂式的，刚性 较差、剪切断面小，但是便于检修维护和事故处理。
5 11.1.2 平刃剪的结构平刃剪的结构11.1.2.1 上切式平刃剪切机上切式平刃剪切机图11-2 带摆动辊道的上切式剪切机6 图11-3 20MN曲柄连杆上切式剪切机 1-机架；2-曲轴；3-上刀台平衡油缸（传动侧）；4-上刀台平衡油缸（操作侧）；5-压板装置；6-上刀台行程扩大装置；7-连杆；8-上刀台压紧油缸；9-上刀台连杆垫块；10-上刀台主体； 11-下刀台；12-下刀台夹紧油缸；13-下横梁7 图11-4 20MN 曲柄活连杆式剪切机结构及剪切过程a-非剪切时；b-上刀台下降准备剪切；c活连杆推入进行剪切1-汽缸；2-链轮；3、4-弹簧；5-平衡重；6-活连扦；7-上刀台； 8-机架；9-小汽缸；10-杆；11-下刀台；12-吊杆；13-偏心轴；l4-横梁；15-轧件8 11.1.2.2 下切式平刃剪切机下切式平刃剪切机⑴浮动偏心轴式剪切机图11-5浮动偏心轴式剪切机类型 a-双偏心上驱动带机械联动压板式；b-双偏心下驱动带机械联动压板式；c-单偏心下驱动带液压压板式9 图11-616MN液压压板浮动偏心轴剪切机结构简图1-电动机；2-控制器；3-减速机；4-万向接轴；5-接轴平衡缸；6-偏心轴；7-下刀台；8-连杆；9-机架；10-上刀台；11-心轴；12-压板液压缸；13-上刀片；14-下刀片；15-弹簧；16-下刀台平衡缸；17-上刀台平衡缸；18-压板10 图11-7浮动偏心轴式剪切机的剪切过程示意图a-原始位置；b-上刀下降；c-上刀停止，下刀上升，剪切；d-摇杆受力图 11 剪切过程 ① 当启动剪切机时，由于上下刀台自重以及上刀台平衡力作用，使偏心轴绕A 点旋转，上刀台和压板下降，由于臂长AB=CB、ED=DO，所以当压板未与 金属接触之前，上刀台和压板将以同一速度下降，把金属压在辊道的辊子上。
② 当压板压住金属后，机构向下运动阻力增大，迫使转动中心由A移向B，以B 为转动中心，一直到下刀台抬起接触金属为止（这个过程是很短的）③ 下刀台接触金属后，其转动中心又由B点移向C点，即以C为转动中心，这时 下刀台和压板夹持金属以相同速度向上移动，进行剪切当曲轴转过180°时， 上刀台下降到最低位置，下刀台上升到最高位置，剪切过程结束④ 复位金属被剪断后，偏心轴仍继续回转首先是下刀台，压板和夹在它们之 间被剪断的金属下降，到金属接触辊道后，压板不动，下刀台开始脱离金属向 下运动，回到原始位置，之后，上刀台和压板同时上升，回到原来位置到曲 轴转过360°时，机构全部回到原始位置，完成一次剪切循环12 图11-8 剪切机构运动分析简图13 ⑵六连杆式剪切机图11-9 9MN六连杆式剪切机结构简图1-上剪股；2-曲柄连杆；3-曲柄轴；4-下剪股；5-连接上下剪股的连杆；6-上刀台14 图11-10 六连杆式剪式机工作原理a-原始状态；b-上刀台下降爱导行套限制；c-下刀台上升；d剪切终了1-上刀台；2-导行套；3-上剪股；4-连杆；5--偏心轴；6-下剪股；7-拉杆15 11.1.3 平刃剪切机的主要参数平刃剪切机的主要参数11.1.3.1 剪切力剪切力⑴轧件剪切过程分析 图11-11平刃剪剪切过程受力分析 图11-12剪切力随相对切入深度变化曲线16 若忽略轧件的重量，在开始滑移时，两个力偶矩相等，即处于平衡状态，轧件转动倾角为，压入轧件的深度为，剪刃与轧件接触面积的宽度为，力P与T均作用在轧件接触面积宽度的中间位置上。
并假定压入阶段剪刃与轧件接触的表面上的单位压力均匀分布且相等结合图11-11中的几何关系：，，，则有：* 由此可知，压入深度愈大，轧件转角就愈大，侧向推力亦愈大 17 ⑵单位剪切抗力的确定图11-13 热剪切低碳钢单位剪切抗力曲线 图11-14 冷剪切不同金属单位剪切抗力曲线18 19 ⑶ 剪切力 在设计或选择剪切机时，往往只需要根据被剪切材料的最大截面尺寸计算出最大剪切力 ，可用下式计算：式中，-被剪切金属在对应温度下的最大单位剪切抗力；-被剪材料原始截面积；-考虑剪刃磨钝、剪刃间隙增大的系致，其值按剪切机能力选：小型剪切1.6MN)，取l.3；中型剪切机（2.5～8MN)，取1.2；大型剪MN)，取 l.1机（切机（若被剪切材料无单位剪切杭力试验数据，可按下式计算最大剪切力：-被剪切材料在相应温温度下的强度极限式中，20 11.1.3.2 剪刃行程剪刃行程图11-15 剪刃行程示意图 l-上刀台；2-压料板；3-被剪金属；4-辊道；5-下刀台剪刃行程主要取决于剪切轧件的最大厚度，可按下式确定（见图11-15所示）： 21 11.1.3.3 剪刃尺寸剪刃尺寸 剪刃尺寸包括剪刃长度、高度和宽度。
这些尺寸主要根据被剪金属的最大截面尺寸来选定剪刃长度可按下表11-2确定，其中， 为被剪金属的最大宽度22 11.1.3.4 剪切次数剪切次数 剪切次数是表示剪切机生产能力的参数剪切次数有理论剪切次数和实际剪切次数理论剪切次数是指剪切机在每分钟时间内，连续运转可实现的剪切次数，该值取决于剪切机的结构实际剪切次数总是小于理论剪切次数，因此，在选择剪切机时，实际剪切次数应保证在轧制节奏时间内，剪完工艺规程规定的全部定尺和切头、切尾 23 24 11.2 11.2 斜刃剪切斜刃剪切图11-16 斜刃剪剪切示意图25 11.2.1 斜刃剪切机结构斜刃剪切机结构11.2.1.1 上切式斜刃剪上切式斜刃剪图11-17 Q11-20×2000型剪切传动系统图1-电动机；2、3-减速齿轮；4-滚动轴承；5-离合器；6-皮带轮；7-曲柄； 8-上刀台；9-剪刃；10-长轴；11-连杆26 11.2.1.2 下切式斜刃剪下切式斜刃剪图-11-18下切式液压剪1-限位挡快；2、3-液压缸；4-横梁；5-拉杆；6-上刀台；7-下刀台；8-下剪刃；9-上剪刃；10-挡快；11-机架；12-滑槽；13-挡快；14-齿条27 11.2.2 斜刃剪切机参数斜刃剪切机参数Ø剪切力Ø剪刃长度Ø剪刃倾角Ø剪刃行程Ø剪切次数主要参数为:28 11.2.2.1 剪切力剪切力图11-19 金属作用在刀片上的剪切力图 11-20 斜刃剪剪切板材时，板材变形示意图29 B.B.诺萨里计算公式 由图11-20剪切板材时变形分析可知，总剪切力包括三部分：式中，-纯剪切力；- 剪刃作用于被剪掉部分产生的弯曲力；-板材受剪刃压力（近似地以EF为界）产生的局部变形弯曲力。
由图11-19可知，作用在三角形内宽为的微分面积上的剪切力为：式中，-被剪切金属的厚度；-作用在剪刃单位长度上的剪切力；-被剪切金属的剪切抗力30 剪切区内任意一点，相对切入深度为：式中， -剪刃倾角31 图11-21 系数与的关系 图11-22 压板和剪切面的距离32 11.2.2.2 剪刃行程剪刃行程 斜刃剪剪刃行程除考虑平刃剪剪切时的各种因素外，尚须考虑由于剪刃的倾斜所引起的行程增加量：式中，-相当于平刃剪的行程；-剪刃倾斜引起的行程增加；-被剪切板材最大宽度33 11.2.2.3 剪刃长度剪刃长度剪刃长度取决于被剪板材的最大宽度，按下式确定：34 11.2.2.4 剪刃倾角剪刃倾角剪刃倾角大小，主要取决于剪切板材的厚度薄板斜刃剪取～；～为了保证剪切质量，有的斜刃剪倾角剪切较厚板材取11.2.2.5 剪刃侧向间隙剪刃侧向间隙剪刃侧向间隙的取值与板材的材质及板材的厚度有关，一般取为被剪板材厚度的5%～7%合理的设计，应使斜刃剪的侧向间隙可调做成可调节的35 11.2.2.6 剪切倾角剪切倾角 图11-23 剪切倾角示意图11.2.2.7 剪切次数剪切次数斜刃剪剪切次数可参照平刃剪确定，也可参阅斜刃剪的参数系列。
36 11.3 11.3 圆盘剪圆盘剪11.3.1 圆盘剪切机结构圆盘剪切机结构Ø用途：用于纵向连续剪切板带材Ø分类：圆盘剪按用途可分为两种，即切边用圆盘剪和分条用圆盘剪； 按圆盘剪的传动方式又有拉剪和动力剪之分 37 图11-24圆盘式剪切机结构示意图1-剪刃；2-万向接轴；3-偏心套筒；4-调整剪刃距离机构；5-剪刃侧向间隙调整机构；6-主传动电机；7-移动机架电机38 图11-25 圆盘剪刀盘轴线倾斜示意图 图11-26带材切边弯曲的方法39 11.3.2 圆盘剪的主要参数圆盘剪的主要参数11.3.2.1 剪切力、剪切力矩及功率剪切力、剪切力矩及功率图11-27圆盘剪剪切板边示意图 图11-28圆盘剪剪切金属时的力 圆盘剪剪切力的计算方法与斜刃剪相似设作用在一个剪刃上的总剪切力由两个部分组成：式中，-纯剪切力；-板材被剪掉部分的弯曲力，见图11-27所示40 总剪切力可按下式计算：上式中第二项为分力系数决定于被剪掉板边宽度与板厚的比值，见图11-29所示当时，的数位趋于渐近线图11-29 与的关系曲线41 圆盘剪的剪切功率可根据作用在圆盘刃上的力矩来确定。
在上下剪刃圆盘垂直作用在剪刃上，则转动一对剪刃所需力矩： 直径相同时，合力驱动圆盘剪的总力矩：式中，-剪刃对数；-一对剪刃轴的摩擦力矩,，为剪刃轴颈的直径，为剪刃轴轴承的摩擦系数驱动圆盘剪所需功率为：式中，-考虑剪刃与剪板间摩擦损失系数，；-板材运行速度；-传动系统效率42 11.3.2.2 圆盘剪刃直径及其厚度圆盘剪刃直径及其厚度圆盘剪刃直径()根据所剪板材厚度( )、剪刃重叠量()及允许咬入角()来确定：式中，-圆盘剪剪刃重叠量，一般根据剪切板厚选取，mm，当剪切板厚大于5mm时，重叠量可为零或负值；-咬入角，一般取为，角与剪切速度有关，速度快时时，圆盘剪刃直径取小值，速度慢时取大值当可在下列范围内选取，圆盘刀片厚度可按下式计算：43 11.3.2.3 剪切速度剪切速度 剪切速度要根据生产率、板材厚度和材质来决定常用的剪切速度可参考表11-311.3.2.4 剪刃侧向间隙剪刃侧向间隙剪刃侧向间隙大小与剪切的板厚、材质有关44 11.4 11.4 飞剪机飞剪机11.4.1 对飞剪机的基本要求对飞剪机的基本要求⑴ 剪刃在剪切轧件的同时还要随着运动的轧件一起运动，即剪刃 应同时完成剪切与移动两个动作，且剪切时，剪刃在轧件运动 方向的分速度 应与轧件运动速度 保持一定的关系，即， ⑵ 必须能满足剪切长度的要求，并能准确调长；⑶ 应能满足轧机或机组生产率的要求；⑷ 飞剪运动构件的加速度和质量应尽可能小，以减少运动构件 的惯性力和动负荷。
45 11.4.2 飞剪的类型及其结构飞剪的类型及其结构11.4.2.1 切头飞剪的主要类型及其结构切头飞剪的主要类型及其结构 ⑴ 滚筒式切头、尾飞剪图11-30 滚筒式切头、尾飞剪a-刀片装在滚筒上；b-刀片装在杠杆上1-送料辊；2-刀片；3-滚筒；4-杠杆；5-传动齿轮46 图11-31双滚筒切头飞剪1、2-机架；3-下横梁；4-下滚筒；5-同步齿轮；6-上滚筒；7-上滚筒；8-压紧楔快；9-平衡装置；10-平衡弹簧；11-机架辊；12-侧向挡板；13-地脚螺丝；14-滚筒轴承座；15剪刃；16出口导板47 ⑵曲柄式切头、尾飞剪①传动装置 图11-32飞剪传动装置布置图48 ②机架本体 ：机架本体由底座和左、右两片机架及上横梁组成， 它们均为焊接结构机架实际上是上、下剪鼓曲 柄轴的轴承座，有轴套压入机架，轴承装入轴套内 飞剪上摆杆与下摆杆轴承座固定在机架和底座上③剪切机构：剪切机构由上剪鼓、下剪鼓、剪刃、摆杆机构等组成 ④剪刃隙调整机构 ：飞剪把下摆杆的支点轴做成偏心轴，偏心量 10mm。
当液压马达通过两级圆柱蜗轮减速机带动偏 心轴转动时，摆杆的实际长度将发生变化，剪刃间隙 则随之改变摆杆长度变化范围±10mm 49 ⑶曲柄连杆式飞剪图11-33曲柄连杆式飞剪机(机箱内有一级减速齿轮副)1-曲柄轴； 2-摆杆；3-连杆；4-传动齿轮50 11.4.2.2 定尺飞剪定尺飞剪51 ⑴滚筒式定尺飞剪图11-34椭圆齿轮匀速机构52 ⑵曲柄回转杠杆式飞剪（斯米特曼式飞剪） 图11-35曲柄连杆式飞剪（斯米特曼式）1-刀片架；2-剪刃；3-摆杆；4-升降杆；5-曲折杆；6-偏心轴53 ⑶曲柄偏心式飞剪图11-36 曲柄偏心式飞剪结构简图1、11-传动导架的齿轮；2-小齿轮；3-双臂曲柄轴的曲柄头；4、5-铰链；6-刀架；7-摆杆；8-连杆；9、16-传动偏心轴的齿轮；10-偏心轴；12-导架；13-双臂曲柄轴；14-剪刃；15-滚动轴承54 ⑷曲柄-回转联合飞剪机图11-37曲柄-回转联合飞剪机a-曲柄式飞剪机；b-回转式飞剪机1-刀架；2-曲柄轴；3-箱体；4-摆杆；5-连杆55 11.4.3 飞剪剪切长度的调节飞剪剪切长度的调节图11-38 送料辊与飞剪机布置图 1-送料辊；2-飞剪机 通常用最后一架轧机或专门的送料辊1将轧件送往飞剪2进行剪切，如果轧件运行速度 为常数，而飞剪每隔 秒剪切一次轧件，则被剪下的轧件 长度为：56 11.4.3.1 启动工作制飞剪调长启动工作制飞剪调长图11-39 启动工作制飞剪调定尺简图 a-光电管放置飞剪前；b-光电管放且飞剪后面1-光电管；2-送料辊；3-飞剪机57 11.4.3.2 连续工作制飞剪调长连续工作制飞剪调长 飞剪的连续工作制用在轧件运动速度较高的情况下，此时所剪下的轧件定尺长度为：式中，-剪刃每分钟转速；-在相邻两次剪切时间内，剪刃所转的周数，亦称为空切次数。
如果在剪切机前面用送料辊来送进轧件时，则上式可写成下式： 式中，-送料辊直径；-送料辊每分钟转速 58 调节剪切长度的三种常用方法 ⑴ 最简单的飞剪工作制, 此种工作制的特点是在剪刃圆周速度 等于或大于轧件运行速度 条件下切定尺若保待轧件运行 速度 不变，在一定范围内改变剪刃转数,可以得到不同的剪切长度 图11-40轧件长度调节范围I-按第1、3种方法剪切；Ⅱ-按第2种方法剪切59 ⑵ 具有均匀速度机构的飞剪工作制该工作制同样是利用变化 剪刃每分钟转数的方法来调节轧件定尺长度区别在于在改 变剪刃每分钟转数的同时，采用均匀速度机构使飞剪作不等 速度运动，保持剪刃剪切瞬时 速度与轧件速度 相适应60 图11-41 带双曲柄匀速机构的飞剪布置简图 图11-42 刀片速度与双曲柄主动遥杆转角的关系 1、2-送料辊、飞剪；3、4-主、从动遥杆； 1-时；2、3-5-减速器；6-电动机时61 ⑶ 具有径向均匀速度机构的工作制该工作制免除了上述均匀速度方法较大的惯性动力矩它是基于使剪刃的轨迹半径在 与 之间来调节的。
图11-43 在径向均匀速度时，具有最大和最小半径的剪刃轨迹62 ⑷ 采用空切机构调整剪切定尺长度改变空切系数 （即改变相 邻两次剪切期间内剪刃所转周数）的机构称为空切机构空 切机构的形式基本上有两种： ① 改变上、下两剪刃角速度的比值，即在剪刃运动轨迹不变 的情况下改变上、下两剪刃相遇的次数，以实现空切达到调 节长的目的 ② 改变剪刃运动轨迹，使上下两剪刃不是每转都相遇，以此来 实现空切达到调节长的目的63 11.4.4 飞剪基本参数的确定飞剪基本参数的确定11.4.4.1 剪刃的基本转数剪刃的基本转数 剪刃的基本转数是剪切基本定尺长度的转数，它由基本定尺长度决定，即：式中， -轧件的运行速度；-基本定尺长度；-金属热膨胀系数，热状态剪切时取1.015，冷剪时取164 11.4.4.2 剪刃的回转半径剪刃的回转半径 剪刃的回转半径的选择，要保证整个剪切区内剪刃速度在水平方向投影都不小于轧件的速度，必须满足下面条件：－为剪刃开始剪切角图11-44 飞剪的剪切过程65 当剪刃做正圆周运动时，其速度为：由图11-44 知：则有：66 11.4.4.3 剪刃重叠量及剪刃剪切时轨迹的中心距剪刃重叠量及剪刃剪切时轨迹的中心距 一般平行刃飞剪的剪刃重叠量可取1～10mm。
当剪切0.18～0.35mm的薄板材时，剪刃重叠量取0.2～0.31mm实际生产中，剪刃重叠量也可取负值67 11.4.4.4 剪刃侧向间隙剪刃侧向间隙 对剪刃做非平面平行运动的飞剪，剪切过程中剪刃间隙是变化的，可根据作图法确定其变化范围设计时必须保证其最小值，否则将造成顶刀与卡刀事故剪切厚轧件时应尽量保持在剪切区内剪刃间隙不变；剪切薄板时，剪刃间隙一般可取68 11.4.4.5 剪切角剪切角图11-45 四连杆飞剪的剪切角69 剪切开始瞬时剪刃的角度剪切终了瞬时的角度为：为：对于四连杆剪切机构的飞剪，剪切开始瞬时角度为：70 11.4.4.6 剪切力计算剪切力计算 飞剪是轧件在运行中进行剪切的，故剪刃除在垂直方向运动外，尚有水平方向的运动飞剪在垂直方向的运动和一般剪切机一样是为完成剪切任务，因而其剪切力 可按剪刃形状不同，按前述中平刃剪或斜刃剪剪切力的计算方法进行除此之外，在水平方向尚有侧压力、拉力和动载荷，其和为71 。