CN102259210B - 一种金属带材无毛刺分切加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属带材无毛刺分切加工装置及其加工方法。本发明加工装置包括圆片剪刀装置和设置在圆片剪刀装置后端的压力分断装置，圆片剪刀装置包括上圆片刀、下圆片刀、上装刀轴、下装刀轴，压力分断装置包括上压力分断辊轴、下压力分断辊轴、加压机构、上压力分断辊轴上下位置调节机构，金属带材经过上圆片刀和下圆片刀时沿带材厚度方向相对错位实现塑性剪切，金属带材约70%厚度被剪开，塑性剪切后的金属带材经过上压力分断辊与下压力分断辊时沿带材厚度方向产生错位使其余30%材料微裂纹扩展断开而“压迫分离”，通过“七分剪切三分压断”形成无毛刺的金属带材。本发明加工装置加工效率高，成本低。本发明的加工方法方便实用。

Description

一种金属带材无毛刺分切加工装置及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种金属带材无毛刺分切加工装置及其加工方法，特别涉及将金属带材卷料纵向分切成一组特定宽度的金属带材的无毛刺分切加工装置及其加工方法。

背景技术

根据金属制品成型加工要求，需要将整幅金属带材卷料纵向分切成一组特定宽度的带材。金属带材分切深加工与物流配送相结合可以为客户提供个性化、差异化、专业化、定量化原材料配送服务，满足金属制品加工多品种、小批量生产模式的需求，具有提高材料综合利用率、提高附加值、节约资金、加快周转、节省材料的显著经济社会效益。金属带材的分切加工精度是影响金属制品加工的关键因素之一，是制作精密金属制品的基础。

传统金属带材分切加工侧向正间隙径向负间隙（重叠）组刀示意图如图1所示，金属带材卷料根据材质、厚度不同有不同的分切加工工艺，对于厚度超过0.1mm的金属带材卷料20纵向分切成一组为所需求宽度的带材22、23，目前的分切工艺一般采用上圆片刀1与下圆片刀11 侧向正间隙、径向负间隙（重叠）的方法。在金属带材21的分切加工过程中，金属材料受到上圆片刀1和下圆片刀11切削刃的剪切作用而分离，材料的剪切滑移变形主要发生在上圆片刀1和下圆片刀11切削刃作用的局部区域，由于上圆片刀1和下圆片刀11的侧向间隙、切削刃磨损等因素影响都会导致材料处于拉应力状态19、产生附加塑性变形形成牵拉撕裂分离，在金属带材侧面的边、角形成塑性变形残余的飞边毛刺30，使金属带材厚度方向尺寸大于金属带材原始厚度，影响金属带材使用性能和质量。

金属带材分切面的毛刺30是影响带材品质的最大因素之一，上圆片刀1和下圆片刀11的形状精度、整排圆片刀的组刀精度控制、上圆片刀1和下圆片刀11侧向间隙等是决定分切毛刺30高度和表面平整度的主要工艺参数。

对于金属带材分切面的毛刺30传统上主要是靠去毛刺工艺去掉，效率低，而且成本高昂，同时在去毛刺时容易对金属带材表面产生损伤。目前还没有一种能对金属带材进行无毛刺分切加工的装置及其加工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种使所获得的带材分切面无毛刺、表面质量好、不需后续加工工序，加工效率高，成本低的金属带材无毛刺分切加工装置。通过本发明的加工装置可将金属带材卷料纵向分切成一组特定宽度的金属带材。

本发明的另一目的是提供一种简单方便的金属带材无毛刺分切加工方法。

本发明的技术方案是：本发明的金属带材无毛刺分切加工装置，包括圆片剪刀装置和设置在圆片剪刀装置后端的压力分断装置，圆片剪刀装置包括有上圆片刀、下圆片刀、上装刀轴、下装刀轴、圆片刀机架，其中上装刀轴和下装刀轴固定在圆片刀机架上，上装刀轴上套装有至少一组上圆片刀及上塑胶垫圈，上圆片刀和上塑胶垫圈的两侧分别设有套在上装刀轴上的第一套筒和第二套筒，且第一套筒和第二套筒固定在上装刀轴上，下装刀轴上套装有至少一组下圆片刀和下塑胶垫圈，下圆片刀和下塑胶垫圈的两侧分别设有套在下装刀轴上的第三套筒和第四套筒，第三套筒和第四套筒固定在下装刀轴上，且下圆片刀与上塑胶垫圈配对，下塑胶垫圈与上圆片刀配对，上圆片刀和下圆片刀的侧向负间隙由固定在上装刀轴上的第一套筒和第二套筒以及固定在下装刀轴上的第三套筒和第四套筒设定，上装刀轴上连接有实现调整上圆片刀和下圆片刀径向间隙的上装刀轴上下位置调节机构，上装刀轴与下装刀轴与刀轴动力驱动装置连接；压力分断装置包括有上压力分断辊轴、下压力分断辊轴、加压机构、上压力分断辊轴上下位置调节机构、分断辊机架，上压力分断辊轴和下压力分断辊固定在分断辊机架上，上压力分断辊轴上下位置调节机构固定在上压力分断辊轴上，且上压力分断辊轴上下位置调节机构上部设有产生上压力分断辊与下压力分断辊之间的压力和调整上压力分断辊与下压力分断辊之间的间隙的加压机构，上压力分断辊和下压力分断辊与压力分断动力驱动装置连接。

上述圆片剪刀装置的前端还设有将金属带材卷料放卷后成为单片的金属带材进行滚压的卷料上加压力辊和卷料下压力辊。

上述刀轴动力驱动装置包括有驱动电机、变速箱、参数相同的上同步传动齿轮和下同步传动齿轮，其中上同步传动齿轮及下同步传动齿轮分别装设在上装刀轴及下装刀轴上，驱动电机通过变速箱把动力传给下同步传动齿轮，上同步传动齿轮与下同步传动齿轮啮合，上装刀轴及下装刀轴通过参数相同的上同步传动齿轮和下同步传动齿轮实现同步反向旋转运动。 

上述压力分断动力驱动装置包括有驱动电机、变速箱、主动皮带轮、传动带、从动皮带轮、具有相同参数的分段辊上同步传动齿轮和分段辊下同步传动齿轮，其中所述驱动电机及变速箱与上述刀轴动力驱动装置中的驱动电机及变速箱相同，驱动电机通过变速箱把动力传给主动皮带轮，主动皮带轮通过传动带把动力传给从动皮带轮，从动皮带轮及分段辊上同步传动齿轮装设在上压力分断辊上，分段辊下同步传动齿轮装设在下压力分断辊上，分段辊上同步传动齿轮与分段辊下同步传动齿轮啮合。

上述第一套筒和第二套筒通过轴向固定螺母固定在上装刀轴上，第三套筒和第四套筒通过轴向固定螺母固定在下装刀轴上。

上述上圆片刀和下圆片刀的侧向负间隙值为金属带材板厚度的2%～6%。

上述上压力分断辊与下压力分断辊的径向间隙为金属带材板厚的93%～97%。

本发明金属带材无毛刺分切加工装置的无毛刺分切加工方法，包括如下过程：

1)金属带材卷料放卷后成为单片的金属带材通过卷料上加压力辊和卷料下压力辊的滚压后进入上圆片刀与下圆片刀之间的剪切作用区；

2）金属带材经过上圆片刀和下圆片刀时沿带材厚度方向相对错位实现塑性剪切，在上圆片刀与下圆片刀的作用下，金属带材的大部分厚度被剪开，但金属带材并不分离；

3）金属带材在上圆片刀与下塑胶垫圈和下圆片刀与上塑胶垫圈的牵引拉力下继续前行至上压力分断辊与下压力分断辊之间，通过加压机构调整上压力分断辊与下压力分断辊的间隙和径向压力，使塑性剪切后的金属带材经过上压力分断辊与下压力分断辊时沿带材厚度方向产生错位使其余未被剪开的材料微裂纹扩展断开而压迫分离，通过七分剪切三分压断形成无毛刺的金属带材。

上述无毛刺的金属带材通过金属带材托辊后经过缓冲收卷成金属带材卷料。

本发明的金属带材无毛刺分切加工装置，通过调整上圆片刀和下圆片刀侧向负间隙（重叠）、径向正间隙，使金属带材经过上圆片刀和下圆片刀时沿带材厚度方向相对错位实现“塑性剪切”，金属带材约70%厚度被剪开，通过加压机构调整上压力分断辊与下压力分断辊的间隙和径向压力，使“塑性剪切”后的金属带材经过上压力分断辊与下压力分断辊时沿带材厚度方向产生错位使其余30%材料微裂纹扩展断开而“压迫分离”，通过“七分剪切三分压断”形成无毛刺的金属带材。本发明的加工方法在金属带材分切加工过程中，使刀具作用区材料处于压应力状态而塑性剪切变形形成切口但不分开、随后在上压力分断辊与下压力分断辊压力作用反向错位使切口局部残留材料层延性断裂分离，实现控制材料应力应变状态的“塑性剪切压迫分离”的无毛刺精密分切。本发明的加工方法从变形机理上根本杜绝了在切口边缘形成飞边毛刺的可能性，最终实现金属带材切口在带材厚度方向上不产生毛刺并且切口表面平整，大幅提高金属带材的尺寸精度和材料利用率。本发明基于材料应力应变分析，构思巧妙，结构简单，使用方便，是一种从金属带材分切过程根本上消除毛刺的加工装置及加工方法。所获得的带材分切面无毛刺、表面质量好、不需后续加工工序，加工效率高，而且成本低。本发明的加工装置和加工方法可以用于各类金属带材的分切加工。

附图说明

图1是传统金属带材分切加工侧向正间隙径向负间隙（重叠）组刀示意图；

图2是传统金属带材分切加工原理图；

图3是传统金属带材分切加工时上下圆片刀剪切作用过程材料受力应力应变示意图；

图4是传统金属带材分切工艺分切面形貌特征示意图；

图5是本发明的侧向负间隙（重叠）径向正间隙组刀示意图；

图6是本发明的金属带材“塑性剪切压迫分离”分切加工原理示意图；

图7是本发明的金属带材分切加工时上下圆片刀剪切作用过程材料受力应力应变示意图；

图8是本发明的金属带材“塑性剪切压迫分离”分切加工分切面形貌特征示意图；

图9是本发明实施的金属带材“塑性剪切压迫分离”分切加工流程示意图；

图10是本发明金属带材分切加工上下圆片刀轴组刀及传动示意图;

图11是本发明金属带材分切加工上下压力分断辊结构及传动示意图。

图中：1.上圆片刀，2.上塑胶垫圈，3.第一套筒，4.第二套筒，5.上装刀轴，6.上同步传动齿轮，7.下同步传动齿轮，8.变速箱，9.驱动电机，10. 主动皮带轮，11. 下圆片刀，12.下塑胶垫圈，13.第三套筒，14.第四套筒，15.下装刀轴，16.上装刀轴上下位置调节机构，17.圆片刀机架，18.分断辊机架，19.拉应力状态剪切滑移，20.金属带材卷料，21.金属带材，22、23.分切后的金属带材，24. 卷料上加压力辊，25.卷料下压力辊，26.金属带材托辊，27.金属带材卷料，28.剪切变形区，29.延性断裂带，30.毛刺，31.上压力分断辊，32.下压力分断辊，33.加压机构，34.传动带，35.分段辊上同步传动齿轮，36.从动皮带轮，37.分段辊下同步传动齿轮，38.轴向固定螺母，39. 压应力状态剪切滑移，40. 上压力分断辊上下位置调节机构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：

本发明的金属带材无毛刺分切加工装置，包括圆片剪刀装置和压力分断装置，其中圆刀片剪刀装置如图10所示，上装刀轴5和下装刀轴15 固定在圆片剪刀装置的圆片刀机架17上，上圆片刀1和上塑胶垫圈2通过第一套筒3和第二套筒4并列套在上装刀轴5上，套在上装刀轴5上的多组上圆片刀1和上塑胶垫圈2面对面有序排列并通过轴向固定螺母38固定，下圆片刀11和下塑胶垫圈12通过第三套筒13和第四套筒14 并列套在下装刀轴15上并通过轴向固定螺母38固定，下圆片刀11与上塑胶垫圈2配对，下塑胶垫圈12与上圆片刀1配对，上装刀轴5上连接有上装刀轴上下位置调节机构16，上圆片刀1和下圆片刀11的侧向负间隙由固定在上装刀轴5上的第一套筒3和第二套筒4以及固定在下装刀轴15上的第三套筒13和第四套筒14设定，通过调整上装刀轴上下位置调节机构16实现调整上圆片刀1和下圆片刀11 的径向间隙，上装刀轴5与下装刀轴15通过参数相同的上同步传动齿轮6和下同步传动齿轮7实现同步反向旋转运动，驱动电机9通过变速箱8把动力传给下同步传动齿轮7。

压力分断装置如图11所示，上压力分断辊31及下压力分断辊32固定在压力分断装置的分断辊机架18上，上压力分断辊上下位置调节机构40固定在上压力分断辊31上，上压力分断辊上下位置调节机构40上部设有加压机构33，加压机构33产生上压力分断辊31与下压力分断辊32之间的压力和调整上压力分断辊31与下压力分断辊32之间的间隙，上压力分断辊31和下压力分断辊32分别与具有相同参数的分段辊上同步传动齿轮35和分段辊下同步传动齿轮37相连接实现同步反向旋转运动，驱动电机9通过主动皮带轮10、传动带34和从动皮带轮36把动力传递给上压力分断辊31。

上述上圆片刀1和下圆片刀11，上压力分断辊31与下压力分断辊32的动力源均为电机9，工作时的线速度是同步的。

如图5和图7所示，上圆片刀1和下圆片刀11的侧向负间隙（重叠）量为金属带材21板厚的2%～6%。

如图6和图11所示，上压力分断辊31与下压力分断辊32的径向间隙为金属带材21板厚的93%～97%。

如图9所示，金属带材卷料20放卷后通过卷料上加压力辊24、卷料下压力辊25展平为金属带材21。

本发明的金属带材无毛刺分切加工装置的工作原理如图6所示，通过调整上圆片刀1和下圆片刀11 侧向负间隙（重叠）、径向正间隙，可使金属带材21经过上圆片刀1和下圆片刀11时沿板厚度方向相对错位实现“塑性剪切”，约70%板厚度被切开，如图5所示，通过加压机构33调整上压力分断辊31与下压力分断辊32的径向压力，使“塑性剪切”后的金属带材21经过上压力分断辊31与下压力分断辊32 时沿厚度方向产生错位其余约30%材料微裂纹扩展断开而“压迫分离”，形成无毛刺的金属带材22、23，重新卷成特定宽度的金属带材卷料27，如图6所示。

本发明的一种金属带材无毛刺分切加工装置的金属带材分切过程如图9所示，金属带材卷料20放卷后成为单片的金属带材21通过卷料上加压力辊24和卷料下压力辊25的滚压后进入上圆片1和下圆片刀11剪切作用区，在上圆片1与下圆片刀11的作用下使金属带材21约70%厚度被剪切开但金属带材21并不分离，同时在上圆片1与下塑胶垫圈12和下圆片刀11与上塑胶垫圈2的牵引拉力作用下金属带材21继续前行，继而在上压力分断辊31与下压力分断辊32的压迫作用下分离为金属带材22、23，通过金属带材托辊26后经过缓冲收卷成金属带材卷料27。

本发明在金属带材分切加工过程中，通过设置上圆片刀1和下圆片刀11 侧向负间隙（重叠）、径向正间隙，在分切过程中使刀具作用区材料处于压应力状态39而塑性剪切变形形成切口金属带材21厚度的70%切开但不分开、随后在上压力分断辊31与下压力分断辊32的压力作用反向错位使切口局部残留的30%左右材料层延性断裂分离，通过“七分剪切三分压断”实现控制材料应力应变状态的“塑性剪切压迫分离”的无毛刺精密分切新工艺方法。该工艺从变形机理上根本杜绝了在切口边缘形成飞边毛刺30的可能性，最终实现金属带材切口在板厚方向上不产生毛刺30并且切口表面平整，大幅提高金属带材的尺寸精度和材料利用率。

本发明可以完全克服如图1～图4所示的上圆片刀1与下圆片刀11 侧向正间隙、径向负间隙（重叠）的传统分切方法中金属材料21受到上圆片刀1和下圆片刀11切削刃的剪切作用而分离，由于材料处于拉应力状态，如图3中的位置19所示，产生附加塑性变形形成牵拉撕裂分离，在金属带材侧面的边、角形成塑性变形残余的毛刺30，使金属带材厚度方向尺寸大于金属带材原始厚度的现象。

从本实施例可以看出，本发明是一种基于材料应力应变分析，构思巧妙，结构简单，使用方便，从金属带材分切过程根本上消除毛刺的加工装置及方法。所获得到带材分切面无毛刺、表面质量好、不需后续加工工序，加工效率高而且成本低等优点。本发明的加工装置及其加工方法可以用于各类金属带材的分切加工。

Claims (8)

1.一种金属带材无毛刺分切加工装置，包括圆片剪刀装置和设置在圆片剪刀装置后端的压力分断装置，其特征在于圆片剪刀装置包括有上圆片刀(1)、下圆片刀(11)、上装刀轴(5)、下装刀轴(15)、圆片刀机架(17)，其中上装刀轴(5)和下装刀轴(15) 固定在圆片刀机架(17)上，上装刀轴(5)上套装有至少一组上圆片刀(1)及上塑胶垫圈(2)，上圆片刀(1)和上塑胶垫圈(2)的两侧分别设有套在上装刀轴(5)上的第一套筒(3)和第二套筒(4)，且第一套筒(3)和第二套筒(4) 固定在上装刀轴(5)上，下装刀轴(15)上套装有至少一组下圆片刀(11)和下塑胶垫圈(12)，下圆片刀(11)和下塑胶垫圈(12) 的两侧分别设有套在下装刀轴(15)上的第三套筒(13)和第四套筒(14)，第三套筒(13)和第四套筒(14) 固定在下装刀轴(15)上，且下圆片刀(11)与上塑胶垫圈(2)配对，下塑胶垫圈(12)与上圆片刀(1)配对，上圆片刀(1)和下圆片刀(11)的侧向负间隙由固定在上装刀轴(5)上的第一套筒(3)和第二套筒(4)以及固定在下装刀轴(15)上的第三套筒(13)和第四套筒(14)设定，上装刀轴(5)上连接有实现调整上圆片刀(1)和下圆片刀(11)径向间隙的上装刀轴上下位置调节机构(16)，上装刀轴(5)与下装刀轴(15)与刀轴动力驱动装置连接；压力分断装置包括有上压力分断辊轴(31)、下压力分断辊轴(32)、加压机构（33）、上压力分断辊轴上下位置调节机构(40)、分断辊机架(18)，上压力分断辊轴(31)和下压力分断辊(32)固定在分断辊机架(18)上，上压力分断辊轴上下位置调节机构(40)固定在上压力分断辊轴(31)上，且上压力分断辊轴上下位置调节机构(40)上部设有产生上压力分断辊(31)与下压力分断辊(32)之间的压力和调整上压力分断辊(31)与下压力分断辊(32)之间的间隙的加压机构（33），上压力分断辊(31)和下压力分断辊(32)与压力分断动力驱动装置连接；上述压力分断动力驱动装置包括有驱动电机(9)、变速箱(8)、主动皮带轮(10)、传动带(34)、从动皮带轮(36)、具有相同参数的分段辊上同步传动齿轮(35)和分段辊下同步传动齿轮(37)，其中驱动电机(9)通过变速箱(8) 把动力传给主动皮带轮(10)，主动皮带轮(10)通过传动带(34) 把动力传给从动皮带轮(36)，从动皮带轮(36)及分段辊上同步传动齿轮（35）装设在上压力分断辊(31)上，分段辊下同步传动齿轮（37）装设在下压力分断辊(32)上，分段辊上同步传动齿轮(35)与分段辊下同步传动齿轮(37)啮合；通过七分剪切三分压断实现控制材料应力应变状态的塑性剪切压迫分离的无毛刺精密分切。

2.根据权利要求1所述的金属带材无毛刺分切加工装置，其特征在于上述圆片剪刀装置的前端还设有将金属带材卷料（20）放卷后成为单片的金属带材（21）进行滚压的卷料上加压力辊（24）和卷料下压力辊（25）。

3.根据权利要求1所述的金属带材无毛刺分切加工装置，其特征在于上述刀轴动力驱动装置包括有驱动电机(9)、变速箱(8)、参数相同的上同步传动齿轮(6)和下同步传动齿轮(7)，其中上同步传动齿轮(6)及下同步传动齿轮(7)分别装设在上装刀轴(5)及下装刀轴(15)上，驱动电机(9)通过变速箱(8)把动力传给下同步传动齿轮(7)，上同步传动齿轮(6)与下同步传动齿轮(7)啮合，上装刀轴(5)及下装刀轴(15)通过参数相同的上同步传动齿轮(6)和下同步传动齿轮(7)实现同步反向旋转运动。

4.根据权利要求1所述的金属带材无毛刺分切加工装置，其特征在于上述第一套筒(3)和第二套筒(4)通过轴向固定螺母（38）固定在上装刀轴(5)上，第三套筒(13)和第四套筒(14) 通过轴向固定螺母（38）固定在下装刀轴(15)上。

5.根据权利要求1所述的金属带材无毛刺分切加工装置，其特征在于上述上圆片刀(1)和下圆片刀(11)的侧向负间隙值为金属带材(21)板厚的2%～6%。

6.根据权利要求1所述的金属带材无毛刺分切加工装置，其特征在于上述上压力分断辊(31)与下压力分断辊(32)的径向间隙为金属带材(21)板厚的93%～97%。

7.一种根据权利要求2所述金属带材无毛刺分切加工装置的无毛刺分切加工方法，其特征在于包括如下过程：

1)金属带材卷料（20）放卷后成为单片的金属带材（21）通过卷料上加压力辊（24）和卷料下压力辊（25）的滚压后进入上圆片刀(1)与下圆片刀(11)之间的剪切作用区；

2）金属带材(21)经过上圆片刀(1)和下圆片刀(11)时沿带材厚度方向相对错位实现塑性剪切，在上圆片刀(1)和下圆片刀（11）的挤压力作用下，金属带材（21）的大部分厚度被剪开，但金属带材（21）并不分离；

3）金属带材（21）在上圆片刀(1)与下塑胶垫圈（12）和下圆片刀（11）与上塑胶垫圈（2）的牵引拉力下继续前行至上压力分断辊(31)与下压力分断辊(32)之间，通过加压机构（33）调整上压力分断辊(31)与下压力分断辊(32)的间隙和径向压力，使塑性剪切后的金属带材（21）经过上压力分断辊(31)与下压力分断辊(32) 时沿带材厚度方向产生错位使其余未被剪开的材料微裂纹扩展断开而压迫分离，通过七分剪切三分压断形成无毛刺的金属带材(22、23)。

8.根据权利要求7所述的金属带材无毛刺分切加工装置的无毛刺分切加工方法，其特征在于上述无毛刺的金属带材（22、23）通过金属带材托辊（26）后经过缓冲收卷成金属带材卷料（27）。

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