CN106041195B - 一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法 - Google Patents

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Abstract

一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，剪切前在金属棒料表面加工出等间距的环形槽，接着将金属棒材送入径向约束的双面高速剪切装置，使相邻的两个环形槽分别置于动剪套和第一静剪套、第二静剪套之间，通过锤头施加高速载荷打击动剪块，实现金属棒料的双面剪切分离，本发明通过对金属棒料进行径向约束，避免了剪切时因金属棒料翘起引起的马蹄形压塌，同时利用环形槽的应力集中效应及金属材料高速剪切时的脆化效应，在较低剪切载荷下即可实现较高的剪切断面质量，并提高了整体剪切效率。

Description

一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法
技术领域
本发明属于金属棒料精密下料技术领域，具体涉及一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法。
背景技术
金属棒料的剪切下料是螺栓螺母销钉等标准件、各类轴、轴套类零件及轴承、齿轮、链条销等常用模锻件和冷、热挤压件备料的第一道工序，应用量大面广。国内外传统剪切工艺通过冲床运动带动刃口锋利的剪切模具以大载荷实现金属棒料的一次剪断，在剪切过程中刃尖接触区材料首先发生屈服变形并形成剪切塌角，存在剪切力大、断面呈“马蹄形”塌陷、重量公差精度低等问题，需要增加车削平整断面的工序，生产效率低、加工成本高、材料浪费严重。
近年来，利用预制缺口的应力集中效应及动态裂纹扩展方法发展起来的棒料疲劳剪切技术使得金属棒料剪切下料工艺有了新的突破，中国专利201320338632.X和201210132333.0等提出的周向低应力弯曲疲劳断裂精密下料方法均实现了无屑化节材生产，但因裂纹动态扩展时间较长，剪切效率仍较难满足大批量生产。中国专利97119859.4和201510304262.1提出了一种预压痕剪切方法，其特点是先预剪一定的深度，然后滑块反向运动，从而获得剪切截面垂直的断面，但此方法需要的起裂剪切力大，难以适用低塑性材料，且容易产生崩刃。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，在较低剪切载荷下即可实现较高的剪切断面质量，并能有效缩短剪切时间、提高剪切效率。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，包括以下步骤：
步骤一，按需要的剪切长度，利用开槽机在金属棒料14表面加工出等间距的环形槽13，环形槽13的槽深与金属棒料14的直径之比为4％～7％，张角45°～90°，槽根曲率半径不大于0.1mm；
步骤二，将金属棒料14放置送料架11上，通过送料架11上部连接的滚轮12将金属棒料14送入径向约束的双面高速剪切装置，使金属棒料14相邻的两个环形槽13分别置于动剪套3和第一静剪套4、第二静剪套15之间；
步骤三，通过液气锤的锤头1施加高速载荷打击动剪块2，实现金属棒料14的双面剪切分离，锤头1的打击速度为5～10m/s；
步骤四，剪切完成后，锤头1上升，动剪块2借助弹簧7复位；再通过滚轮12将金属棒料14继续送料，同时将已剪断的坯料顶出模具体6。
所述方法采用的径向约束的双面高速剪切装置，包括底座9，底座9和模具体6连接，模具体6上设有相互贯通的水平通孔和垂直通孔，第一静剪套4、第二静剪套15通过第一端盖5、第二端盖16对称固定在模具体6的水平通孔中，模具体6的垂直通孔安装有动剪块2，动剪块2中部连接有动剪套3，第二静剪套15、动剪套3、第一静剪套4在同一条直线上，动剪块2的底面通过弹簧7和底座9连接。
所述的弹簧7中安装有对动剪套3的下死点限位的止推柱8。
所述的动剪块2通过连接在模具体6上的第一导向螺栓18、第二导向螺栓19和第三导向螺栓21、第四导向螺栓22进行剪切方向的导向和上死点限位。
所述的模具体6的顶面覆盖有缓冲垫17。
所述的动剪套3和第一静剪套4、第二静剪套15针对2～80mm直径的金属棒料14采用不同孔径，当金属棒料14的直径不大于10mm时，采用多个剪切孔实现多根金属棒料14的一次剪切。
所述动剪套3和第一静剪套4、第二静剪套15之间的轴向间隙不大于0.5mm，与金属棒料14的径向间隙均不大于0.2mm。
本发明的优点为，通过动剪套3和第一静剪套4、第二静剪套15对金属棒料14的径向约束作用，避免了剪切时因金属棒料14翘起引起的马蹄形压塌，同时利用环形槽13的应力集中效应及金属材料高速剪切时的脆化效应，在较低剪切载荷下即可实现较高的剪切断面质量，并提高整体剪切效率。
附图说明
图1为本发明径向约束的双面高速剪切装置主剖视图。
图2为图1中径向约束的双面高速剪切装置右向视图。
图3(a)为针对小直径金属棒料的动剪套3的示意图；图3(b)为针对小直径金属棒料的第一静剪套4或第二静剪套15的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细说明。
一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，包括以下步骤：
步骤一，按需要的剪切长度，利用开槽机在金属棒料14表面加工出等间距的环形槽13，环形槽13的槽深与金属棒料14的直径之比为4％～7％，张角45°～90°，槽根曲率半径不大于0.1mm；
步骤二，将金属棒料14放置送料架11上，通过送料架11上部连接的滚轮12将金属棒料14送入径向约束的双面高速剪切装置，参照图1和图2，使金属棒料14相邻的两个环形槽13分别置于动剪套3和第一静剪套4、第二静剪套15之间；
步骤三，通过液气锤的锤头1施加高速载荷打击动剪块2，实现金属棒料14的双面剪切分离，锤头1的打击速度为5～10m/s；
步骤四，剪切完成后，锤头1上升，动剪块2借助弹簧7复位；再通过滚轮12将金属棒料14继续送料，同时将已剪断的坯料顶出模具体6。
参照图1和图2，所述方法采用的径向约束的双面高速剪切装置，包括底座9，底座9通过四个第一螺栓20和模具体6连接，模具体6上设有相互贯通的水平通孔和垂直通孔，第一静剪套4、第二静剪套15通过第一端盖5、第二端盖16对称固定在模具体6的水平通孔中，模具体6的垂直通孔安装有动剪块2，动剪块2中部通过第二螺栓10连接有动剪套3，第二静剪套15、动剪套3、第一静剪套4在同一条直线上，动剪块2的底面通过弹簧7和底座9连接。
所述的弹簧7中安装有对动剪套3的下死点限位的止推柱8。
所述的动剪块2通过连接在模具体6上的第一导向螺栓18、第二导向螺栓19和第三导向螺栓21、第四导向螺栓22进行剪切方向的导向和上死点限位。
所述的模具体6的顶面覆盖有缓冲垫17。
参照图3，所述的动剪套3和第一静剪套4、第二静剪套15针对2～80mm直径的金属棒料14采用不同孔径，当金属棒料14的直径不大于10mm时，采用多个剪切孔实现多根金属棒料14的一次剪切。
所述动剪套3和第一静剪套4、第二静剪套15之间的轴向间隙不大于0.5mm，与金属棒料14的径向间隙均不大于0.2mm。
本发明径向约束的双面高速剪切装置的工作原理为：通过动剪套3和第一静剪套4、第二静剪套15对金属棒料14进行径向约束，避免了剪切时因金属棒料14翘起引起的马蹄形压塌，同时利用环形槽13的应力集中效应及金属材料高速剪切时的脆化效应，在较低剪切载荷下实现较高的剪切断面质量，提高整体剪切效率。

Claims (6)

1.一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，按需要的剪切长度，利用开槽机在金属棒料(14)表面加工出等间距的环形槽(13)，环形槽(13)的槽深与金属棒料(14)的直径之比为4％～7％，张角45°～90°，槽根曲率半径不大于0.1mm；
步骤二，将金属棒料(14)放置送料架(11)上，通过送料架(11)上部连接的滚轮(12)将金属棒料(14)送入径向约束的双面高速剪切装置，使金属棒料(14)相邻的两个环形槽(13)分别置于动剪套(3)和第一静剪套(4)、第二静剪套(15)之间；
步骤三，通过液气锤的锤头(1)施加高速载荷打击动剪块(2)，实现金属棒料(14)的双面剪切分离，锤头(1)的打击速度为5～10m/s；
步骤四，剪切完成后，锤头(1)上升，动剪块(2)借助弹簧(7)复位；再通过滚轮(12)将金属棒料(14)继续送料，同时将已剪断的坯料顶出模具体(6)；
所述方法采用的径向约束的双面高速剪切装置，包括底座(9)，底座(9)和模具体(6)连接，模具体(6)上设有相互贯通的水平通孔和垂直通孔，第一静剪套(4)、第二静剪套(15)通过第一端盖(5)、第二端盖(16)对称固定在模具体(6)的水平通孔中，模具体(6)的垂直通孔安装有动剪块(2)，动剪块(2)中部连接有动剪套(3)，第二静剪套(15)、动剪套(3)、第一静剪套(4)在同一条直线上，动剪块(2)的底面通过弹簧(7)和底座(9)连接。
2.根据权利要求1所述的一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，其特征在于：所述的弹簧(7)中安装有对动剪套(3)的下死点限位的止推柱(8)。
3.根据权利要求1所述的一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，其特征在于：所述的动剪块(2)通过连接在模具体(6)上的第一导向螺栓(18)、第二导向螺栓(19)和第三导向螺栓(21)、第四导向螺栓(22)进行剪切方向的导向和上死点限位。
4.根据权利要求1所述的一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，其特征在于：所述的模具体(6)的顶面覆盖有缓冲垫(17)。
5.根据权利要求1所述的一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，其特征在于：所述的动剪套(3)和第一静剪套(4)、第二静剪套(15)针对2～80mm直径的金属棒料(14)采用不同孔径，当金属棒料(14)的直径不大于10mm时，采用多个剪切孔实现多根金属棒料(14)的一次剪切。
6.根据权利要求1所述的一种径向约束金属棒料的低应力双面高速剪切方法，其特征在于：所述动剪套(3)和第一静剪套(4)、第二静剪套(15)之间的轴向间隙不大于0.5mm，与金属棒料(14)的径向间隙均不大于0.2mm。
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