钢坯冲剪机的设计与研究毕业论文(编辑修改稿)

钢坯冲剪机的设计与研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

上切式剪切机的结构，设备重量轻，并且使剪切平稳，需要对曲轴活连杆剪切机的总体进行设计计算，其中包括主要零部件的设计计算和传动系统的设计，其中传动系统的设计还包括传动部件的设计。 图 21 方坯轧件 方案的分析和确定 根据设计要求初步拟定三种方案，如图 （ 22）、（ 23）和（ 24）所示。 参数 参数规格 钢坯强度 b 530MPa  剪切钢坯规格 方钢 115 115mm mm 剪切温度 800℃ 钢坯材料 45 号钢 哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 9 图 22 方案一 V带齿轮单曲轴 图 23 方案二减速器齿轮单曲轴 图 24 方 案三 V带齿轮双曲轴 此设计剪切钢材为 115 115 2mm 的方坯，剪切力相对较小，为。 哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 10 从实际工作和经济情况等多方面考虑，单曲轴剪切机即能满足条件要求。 方案三所用的双臂曲轴增加了加工的难度，方案二所使用的闭式齿轮减速器虽然有利于对齿轮的保护和润滑，但是造成减速箱体积太大，占地面积太大，所以不合适。 因此，从各方面因素考虑选择方案一，单曲柄连杆上切式剪切机构。 剪切原理分析 如图 25 所示为活动连杆上切式冲剪机示意图，该剪切机与老式剪切机不同的主要特点 在于连杆下端不与上刀架固定铰接，只在剪切时连杆才摆正位置推动上刀架下降。 其传动系统采用两级减速，第一级为皮带传动，大皮带轮起到飞轮的作用，第二级为开式齿轮传动，大齿轮和曲轴用键连接。 曲轴装在两个滑动轴承中，上刀架装在机架导轨上。 可做上下垂直移动，上刀架中部留有凹槽，下边固定上刀片。 曲轴的偏心上装有连杆，连杆的下端空悬在上刀架的凹槽内部，不剪切时，曲轴连续转动，连杆处在倾斜位置，连杆头只在凹槽中上下摆动，上刀架并不移动。 这样 设计的连杆剪切机的两个最大特点： 操作速度快，实际的剪切次数高。 提高操作速度和实际剪 切次数的关键是改革离合机构。 用气缸操作偏心连杆来代替一般的牙嵌离合器或者摩擦离合器。 连杆与上刀台没有铰链联接，它与刀台的接合与脱开是利用快速动作气缸来操作的。 增大了刀片之间的最大开口度。 剪切机开口度大小取决于偏心轴的大小，此剪切机是在不增大偏心轴的情况下，增大了刀片之间最大开口度。 为哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 11 达到此目的，在剪切机上装有一套上刀台快速升降与平衡机构，如图 26 所示。 图 25 活动连杆上切式剪机示意图 图 26 表示该剪切机的剪切过程与上刀台的形状。 不剪切时，上刀台 5 由气缸 1 提升到最高位置，气缸 3 将活动连杆拉到上刀台的凹槽内使连杆与上刀台脱开（图 26a），此时偏心轴转动使活动连杆在刀台凹槽内摆动，而上刀台仍旧停留在最高位置不动。 剪切时，气缸 1 使上刀台 5 快速下降并压住钢坯，与此同时气缸 3 将连杆 2 推入刀台的凸台上，使活动连杆与刀台接触，在偏心轴带动下进行剪切（图 26b、 c）。 剪切完毕后，上刀台在气缸 1 的作用下又升高到了最高的哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 12 位置处，等待下一次剪切。 图 26 剪切机工作过程示意图 ａ 不剪切时； ｂ 上刀台下降准备剪切； ｃ 活动连杆推入进行剪切 １ ,３ 气缸。 ２ 连杆。 ４ 轧件。 ５ 上刀台。 ６ ,９ 缓冲弹簧。 ７ 平衡吊架。 ８ 链轮 从图 26 可见，上刀台（刀台滑块） 5 挂在平衡吊架 7 上，而平衡吊架 7的两端通过链条和链轮 8 各挂一个重锤，以平衡上刀台的重量，上刀台的快速升降是由位于中间的气缸 1 操作的，平衡吊架与链轮及气缸支架之间装有缓冲弹簧 9，平衡吊架与剪切机机架之间有缓冲弹簧 6。 哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 13 第 3 章 剪切机结构参数计算及力的分析 引言 本章根据第一章章确定的总体方案，我把这次毕设的机构分为五部分，分别为：驱动装置，传动装置，剪切机构，平衡等辅助机构，机架的设计分析。 机构设计参数 该剪 切机的主要参数包括两大类：一为结构参数，即刀片行程、刀片尺寸（长度、高度与厚度）和理论空行程次数；二为力能参数，即剪切力、剪切功、剪切力矩及电动机功率。 刀片行程 剪切机的刀片行程是其最主要的结构参数，也是剪切机的特征参数，刀片行程除确保轧件被切断外，还要考虑到轧制线上最大的轧件能在上下刀片之间顺利通过，但又不宜取得太大，否则将会引起剪切机曲轴偏心距的增大。 参考图 31 得计算公式： 12H h f q q S     （ 31） 式中 H—— 刀片行程（指刀片的最大行程）， mm； h—— 被剪轧件的断面最大高度， mm； f—— 轧件上表面与轧板之间的距离，此值的选取要保证轧件有一定 哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 14 翘头时，仍能通过剪切机，一般取 f=50~75mm； S—— 上下刀的重叠量， S=5~25mm； 1q —— 为避免上刀受轧件冲撞，而使压板低于上刀的距离，一般1q =5~50mm； 2q —— 为了使轧件顺利通过剪切机，下刀 不被轧件磨损，使下刀低于辊道表面的距离，一般取 2q =5~20mm； 按公式（ 31）计算得： H=220mm。 图 31 平行刀片剪切机刀片行程图 1上刀； 2 下刀； 3轧件； 4压板 此时，刀片的最大开口度 1s H S，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。 刀片尺寸 刀片尺寸包括刀片长度 L、刀片横断面高度 h39。 及宽度 39。 b。 这些尺寸根据被切钢坯最大断面尺寸选择。 哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 15 （ 1） 刀片长度 考虑到是小型剪切机，可能同时剪切并排的几个小断面方形钢坯，取 max(3 ~ 4) bL  （ 32） 式中 L—— 刀刃长度， mm； maxb—— 被切钢坯横断面的最大宽度， mm。 计算选取 L=460mm。 （ 2） 刀片断面高度和宽度 经验公式如下： 39。 (0 .65 ~ ) hh  (33) h39。 b39。 ( ~ 3) (34) 式中 h39。 —— 刀片断面高度， mm； b39。 —— 刀片断面宽度， mm； h—— 被切钢坯断面高度， mm。 利用经验公式（ 33）、（ 34）计算得：刀片断面高 度 115mm，刀片断面宽度 38mm。 图 32 剪切机刀片 哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 16 理论空行程次数（剪切次数） 剪切机每分钟理论空行程次数代表了剪切机的生产率。 理论空行程次数的提高受到电动机功率和剪切机结构型式的限制。 确定剪切次数可根据轧钢机生产率和有关参考数据选定。 参照文献 1 表 82 热钢坯剪切机基本参数（ JB209377）选择该设计剪切机基本参数如表 31 表 31 热轧剪切机基本参数 最大剪切力 MN 刀片行程 mm 刀刃长度 mm 扁坯最大宽度 mm 断面尺寸 mm 空行程次数 次 /min 220 460 50 150 20~30 表中的理论空行程次数为剪切机连续空行程次数。 最大剪切力为 及其以下的热钢坯剪切机大多采用交流电机形式。 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。 因为在轧件的两次剪切之间，需要完成轧件运输，定尺等辅助工序，所以选择剪切次数 20 次 /分。 轧件剪切过程分析 金属的剪切过程可以分为以下两个阶段： 刀片压入金属阶段。 当刀片与轧件接触后，在刀片压力的 作用下，是金属产生塑性变形，此时轧件的一部分被压缩，金属杯刀片压入一定深度。 金属滑移阶段。 当刀片压入达到一定深度时，金属被切断面开始产生滑移，直到被切断面完全断开为止，即剪切阶段。 在此，为了使侧推力减小，减少刀架滑板的磨损和倾斜角度，故选择有压板剪切。 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哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 17 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 33 所示。 当刀片压入金属时，上下刀片对被剪金属的作用力 P 组成力矩 Pa，此力矩使被剪金属沿图 示方向转动。 而上下刀片侧面对轧件的作用力 T 组成的力矩 Tc，将阻止轧件的转动。 随着刀片的逐渐压入，被剪金属转动的角度不断增大，直到转过角度  后，两力矩平衡，便停止转动。 即： Pa=Tc 被剪金属停止转动后，刀片压入达到一定深度时，力 P 克服了剪切面上金属的剪切阻力，此时，剪切过程由压入阶段过渡到滑移阶段，金属沿剪切面开始滑移，直到剪断为止。 无压板剪切时 : 10 20    (0 .18 )TP 有压板剪切时 : 5 10    ( )TP 增加压板后不仅提高了剪切质量，使剪切断面平直，而且大大减小了侧向推力 T ，从而减小了滑板的磨损，减轻了设备的维修工作量，提高了设备的作业率。 增加压板后，取 =8  ，代入式（ 36）和（ 37）中计算得，刀片切入深度 Z 为 ，刀片滑移阶段剪切力 P 为。 刀片切入深度为 ： 22 tanZh （ 35） 滑移阶段剪切力 P 为 哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 18 ( z)coshPb  （ 36） 式中  —— 轧件被切断面上的单位剪切阻力。 图 33 剪切机剪切时作用在轧件上的力 剪切力 P 按照曲线 A、 C 变化，切入达到一定深度时，轧件断裂。 剪切力随着 z 的增加而变化，当剪切力 P 为最大值时，轧件开始产生滑移。 假设刀片与金属在 xb 及 的接触面上单位压力是均匀分布而且相等。 得公式： zb （ 37） 又有 T=Ptany， y tan 2zy h 可得： 哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 19 n zP pb ph zh pbhy    式中  —— 表示单位切入深度， %； P—— 单位压力， 2/N mm ； b—— 轧件的宽度， mm ； h—— 轧件的厚度， mm。 图 34 剪切力与相对切入深度的关系 1 根据上述公式可求得剪切力 P 与相对深度  之间的关系。 相对切入深度  为 10%、 20%、 30%、 40%、 50%、 60%、 70%、 73%时，单位压力 P 为 2 32 33 350、 34 33 31 27 252（ 2/N mm ）。 由上式可知， P 力随着 z 的增加将沿抛物线增加。 一直增加到金属开始沿整个断面产生滑移的数值为止。 剪切力与相对深度的关系如下： 现在以 F 表示被剪切轧件的面积，本设计考虑剪切两根的情况的时候，则有： 222 1 1 5 2 6 4 5 0F m m  。 考虑刀刃变钝和刀刃间隙增大后剪切力会哈尔滨 商 业大学 硕士毕业设计论文 20 增大，引入系数 K=，利用公式 P=KτF， 将  和  得的关系代入可以得到剪切力 P 与曲轴偏转角  之间的关系： 当剪切力 P 为 0、 2 32 33 350、 34 33 31 252（ 2/N mm ）时，所对应的曲轴偏转角  分别为 87o 、 93o 、 、 104o 、 108o 、 、 、 、 130o。 单位剪切阻力曲线与剪切力和剪切功 剪切机的力能参数包括剪切力和剪切功率。 剪切力是剪切机的主要参数，驱动剪切机的电机功率及剪切机主要零件尺寸的确定，完全使用或充分发挥剪切机的能力都与剪切力有关。 在进行力 能参数计算时，首先要确定单位剪切阻力。 它主要取决于剪切金属材料本身的性能、剪切时的温度、相对切入深度、剪切速度、被剪切金属断面形状及刀片形状、刀片之间侧间隙，以及被剪切金属断面尺寸的大小等因素。 剪切曲线与剪切力 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，即确定最大剪切力。 最大剪切力的公式如下： m a x21m a x FkkP bt （ 38） 式中 maxF—— 被剪轧件最大的原始 断面面积， 2mm ； bt—— 被剪轧件材料在相应剪切温度下的强度。