CN108910594B - 一种基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法，包括以下步骤：收集剪切相关的条件参数；计算给定条件参数下配对剪刃的干涉角；对比不同位置剪刃固有角的最大干涉角，从中选取最小值作为初选预转角；按初选预转角推算剪刃间隙，并按工况选择预设间隙值；借助设备配有的机电装置，用塞尺在上下刀片剪刃平面平行位，测量刀片间的间隙并调整，使各对剪刃间隙与预设间隙值一致；将调整后的倾斜式碎边剪投入生产，完成边料分段工序。本发明克服了间隙设定的盲目性，可有效控制剪刃异常磨损的发生，降低成本，提高生产效率。

Description

一种基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法

技术领域

本发明涉及边料分断技术领域，特别是涉及一种基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法。

背景技术

边料分断是带钢剪边后的一道工序，倾斜式碎边剪(以下简称碎边剪)是边料分断的常用设备。通常，碎边剪刀盘上下成对，左右成组使用。图1为带钢边料分断示意图。

碎边剪为单刀头悬臂式，各刀片刃口均匀分布在刀盘圆柱面上，随着上下刀盘的相向转动，成对配合，实现剪切动作。为了减小剪切力和剪切功率，上下刀片的剪刃平面和刀盘轴线设有等量的反向夹角(以下简称偏斜角)。图2为右侧碎边剪刀片偏斜角α示意图。

剪刃的重叠量通过调整刀片底部的垫片来获得，剪刃的间隙可借助设备配有的机电装置，通过调整上下刀盘相对的转角来设定、调整。图3和图4为剪刃重叠量和外侧剪刃干涉示意图，图5为上刀盘相对预转角θ示意图。

存在的主要问题是，在碎边剪的使用中，重叠量通常可按带钢的剪切性能和厚度等参数来设定，而剪刃间隙暨预转角的设定却缺乏明确的依据。不当的剪刃间隙，时常造成刀片的意外磨损，缩短了刀片的使用寿命，影响了生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法，可有效控制剪刃异常磨损的发生，降低成本，提高生产效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法，包括以下步骤：

(1)收集剪切相关的条件参数；

(2)计算给定条件参数下配对剪刃的干涉角，所述干涉角是上下配对剪刃等量相向转动时，度量各位置干涉量大小的特有转角；

(3)对比不同位置剪刃固有角的最大干涉角，从中选取最小值作为初选预转角；

(4)按初选预转角推算剪刃间隙，并按工况选择预设间隙值；

(5)借助设备配有的机电装置，用塞尺在上下刀片剪刃平面平行位，测量刀片间的间隙并调整，使各对剪刃间隙与预设间隙值一致；

(6)将调整后的倾斜式碎边剪投入生产，完成边料分段工序。

所述条件参数包括：所用倾斜式碎边剪的参数、被剪带钢的材质和初选的剪刃重叠量。

所述步骤(2)中干涉角通过Δ＝arccos(1-AB²/(2(R+δ/2)²))，其中，Δ为干涉角、AB为点A与点B之间的距离、R为刀盘回转半径、δ为初选的刀刃重叠量，点A与点B在与刀盘轴垂直Z平面上；当γ∈[-ω，-β)时，点B的坐标为(x_B，y_B)，x_B＝(R+δ/2)sinγ，y_B＝(R+δ/2)cosγ-R，定义Z平面的原点O的坐标为(x_O，y_O)，则x_O＝x_B+y_Btan(-γ-β)，y_O＝0,点A的坐标为(x_A，y_A)，x_A＝(-b+(b²-4ac)^1/2)/(2a)，y_A＝k_AO(x_A-x_O)，a＝1+k_AO ²，b＝-2k_AO ²x_O+2Rk_AO，c＝k_AO ²x_O ²-2Rk_AOx_O+R²-(R+δ/2)²，k_AO＝tan[π/2+(β+γ)]；当γ∈(-β，ω]时，点B的坐标为(x_B，y_B)，x_B＝(R+δ/2)sinγ，y_B＝R-(R+δ/2)cosγ，定义Z平面的原点O的坐标为(x_O，y_O)，则x_O＝x_B+y_Btan(β+γ)，y_O＝0,点A的坐标为(x_A，y_A)，x_A＝(-b-(b²-4ac)^1/2)/(2a)，y_A＝k_AO(x_A-x_O)，a＝1+k_AO ²，b＝-2k_AO ²x_O-2Rk_AO，c＝k_AO ²x_O ²+2Rk_AOx_O+R²-(R+δ/2)²，k_AO＝tan[π/2-(β+γ)]；其中，γ为剪刃转角，β为剪刃固有角，[-ω,ω]为可能发生干涉的区域。

所述步骤(4)中通过e＝2Rsin(θ/2)计算剪刃间隙，其中，e为剪刃间隙、R为刀盘回转半径、θ为初选预转角。

所述步骤(4)和步骤(5)之间还包括对预转角进行修正的步骤，预转角修正为θ_预设＝2arcsin(e_预设/(2R))，e_预设＝(1-ε)e，ε为修正系数，ε＝0～0.3。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明建立了剪刃间隙量与刀盘参数及重叠量等的相互关系，明确了剪刃间隙取值和测量调整的方法，克服了间隙设定的盲目性，可有效控制剪刃异常磨损的发生，降低成本，提高生产效率。

附图说明

图1为带钢边料分断示意图；

图2为右侧碎边剪刀片偏移角α示意图；

图3为剪刃重叠量和外侧剪刃干涉示意图；

图4为图3中A的局部放大图；

图5为上刀盘相对预转角θ示意图；

图6为右侧碎边剪上下刀片位置示意图；

图7为剪刃固有角β和可能发生干涉区域[-ω，ω]的示意图；

图8为[-ω，-β)内干涉图；

图9为(-β，ω]内干涉图，其中，图9A为(-β，0]内的干涉图；图9B为[0，ω]内干涉图；图10为刀片平行距离e示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法，包括以下步骤：收集剪切相关的条件参数；计算给定条件参数下配对剪刃的干涉角，所述干涉角是上下配对剪刃等量相向转动时，度量各位置干涉量大小的特有转角；对比不同位置剪刃固有角的最大干涉角，从中选取最小值作为初选预转角；按初选预转角推算剪刃间隙，并按工况选择预设间隙值；借助设备配有的机电装置，用塞尺在上下刀片剪刃平面平行位，测量刀片间的间隙并调整，使各对剪刃间隙与预设间隙值一致；将调整后的倾斜式碎边剪投入生产，完成边料分段工序。

其中，条件参数包括所用碎边剪的参数(如刀片偏斜角α、刀盘回转半径R、刀盘装刀长度H等)、被剪带钢的材质、初选的剪刃重叠量δ等。

所述干涉角，是上下配对剪刃等量相向转动时，度量各位置干涉量大小的特有转角，其反映了上下刀片在转动中剪刃有时相互分离，有时交叉重叠，发生干涉的情况，这是与平行剪切不同的地方。在未取预转角的情况下进行干涉角的计算。图6为右侧碎边剪上下刀片位置示意图，图7为剪刃固有角β和可能发生干涉区域[-ω,ω]的示意图，在β∈[0,β_max]上分析剪刃干涉角的情况，其它位置可由刀盘和刀片布置的对称性，进行类推。

图中，Z平面与刀盘轴垂直。

β＝arcsin(Ztanα/(R+δ/2))，当Z＝H/2时β取得最大值β_max，

β_max＝arcsin((H/2)tanα/(R+δ/2))，

ω＝arccos(R/(R+δ/2))。

在剪刃转角γ∈[-ω,ω]内，分段分析干涉情况。图8为[-ω,-β)内干涉图(此时干涉位置在x轴之上)，图9为(-β,0]和[0，ω]内干涉图(此时干涉位置在x轴之下)，图中Δ为干涉角。γ＝-β时，上下剪刃共面。

当γ∈[-ω,-β)时，

B点坐标(x_B，y_B)，x_B＝(R+δ/2)sinγ，y_B＝(R+δ/2)cosγ-R

O点坐标为(x_O，y_O)，x_O＝x_B+y_B tan(-γ-β)，y_O＝0

直线AO的斜率k_AO＝tan[π/2+(β+γ)]

从以下方程组求A的坐标为(x_A，y_A)：

得方程x²(1+k_AO ²)+x(-2x_Ok_AO ²+2Rk_AO)+(x_Ok_AO)²-2Rk_AOx_O+R²-(R+δ/2)²＝0，

求得x_A＝(-b+(b²-4ac)^1/2)/(2a)，y_A＝k_AO(x_A-x_O)，其中

a＝1+k_AO ²

b＝-2k_AO ²x_O+2Rk_AO

c＝k_AO ²x_O ²-2Rk_AOx_O+R²-(R+δ/2)²

所以，线段AB＝((x_A-x_B)²+(y_A-y_B)²)^1/2

干涉角Δ＝arccos(1-AB²/(2(R+δ/2)²))。

类似地，当γ∈(-β，ω]时，

B点坐标(x_B，y_B)，x_B＝(R+δ/2)sinγ，y_B＝R-(R+δ/2)cosγ

O点坐标为(x_O，y_O)，x_O＝x_B+y_Btan(β+γ)，y_O＝0

直线AO的斜率k_AO＝tan[π/2-(β+γ)]

从以下方程组求A的坐标为(x_A，y_A)：

得方程x²(1+k_AO ²)+x(-2x_Ok_AO ²-2Rk_AO)+(x_Ok_AO)²+2Rk_AOx_O+R²-(R+δ/2)²＝0，

求得x_A＝(-b-(b²-4ac)^1/2)/(2a)，y_A＝k_AO(x_A-x_O)，其中

a＝1+k_AO ²

b＝-2k_AO ²x_O-2Rk_AO

c＝k_AO ²x_O ²+2Rk_AOx_O+R²-(R+δ/2)²

所以，线段AB＝((x_A-x_B)²+(y_A-y_B)²)^1/2

干涉角Δ＝arccos(1-AB²/(2(R+δ/2)²))。

至此，应用计算工具(如表格软件等)，将相关参数代入后，即可获得期望范围内的计算结果。

从计算结果可知，干涉角Δ大小不仅与刀盘相对的旋转位置有关，而且也与剪刃的固有角β大小有关，即与Z平面的位置有关。

所述不同β角的最大干涉角Δ_max，是指对应每一个不同的β角，在转角γ∈[-ω,ω]内，所有干涉角Δ中的最大值Δ_max。从这些最大值中选取最小值作为初选预转角θ，是为了在尽可能减少干涉的情况下，兼顾剪切的可靠性。

上下刀片的剪切运动，具有切入和分离两种状态。分析刀片切入状态(分离状态相类似，反转时切入与分离状态互换)，即考虑β∈[-β_max,β_max]内干涉发生在x轴同侧时(如x轴之下，即γ∈(-β，ω]时)干涉角的情况。由对称性，β∈[-β_max,0]，γ∈(-β，ω]内的干涉角与β∈[0，β_max]，γ∈[-ω,-β)内类似，干涉量相同，只是前者的干涉位置在x轴之下。结果可知，前述作为初选预转角θ的最大干涉角最小值，并非是切入状况下所有β位置最大干涉角的最小值，因为有些β位置的最大干涉角发生在分离时。即预转一定角度后，在原切入状况最大干涉角比预转角小的β位置会出现空隙，剪刃相互不接触的情况，但进入分离状态时会出现干涉。

少量干涉的存在，可以使上下剪刃在各剪切配合位置有一定的压紧力，有效剪断带钢，但过大的干涉量将会造成剪刃的剧烈磨损并迅速损坏，即使剪刃材料较软时也同样，否则剪刃间较大的压紧力必然会造成刃口和刀身接触处的剧烈磨损，甚至直接压伤变形，快速失效。

所述剪刃间隙是上下刀片的剪刃平面转至平行位置时的距离，图10是刀片平行距离e示意图，e＝2Rsin(θ/2)。

所述预设间隙值是在e值基础上考虑带钢强度和剪刃材料硬度等工况和剪切可靠性后的修正值。

e_预设＝(1-ε)e，其中ε为修正系数，ε＝0～0.3，带钢强度低时往大取值，剪刃材料较硬时往小取值。

同步，预转角修正为θ_预设＝2arcsin(e_预设/(2R))。

所述上下刀片剪刃平面平行位，是指图10中外侧剪刃定位尺寸：(R+δ/2)sin(β_max+θ/2)，θ＝θ_预设时的位置。在此位置用塞尺按e_预设调整各对上下剪刃平面平行时的间隙(剪刃离其旋转中心的距离按初选重叠量来确定，在中间对称位置用卡尺检验)。安装完成后即可投入生产使用和维护。

下面通过一个具体的实施例来进一步说明本发明。

如图2～5所示，一碎边剪有以下参数：刀片偏斜角α＝15°、上下刀盘轴线中心距为2R＝350mm(即刀盘回转半径R＝175mm)、刀盘装刀长度H＝140mm、初选的剪刃重叠量δ＝3mm。

经计算，配对剪刃不同β角最大干涉角中的最大值为0.13°，发生在β＝β_max＝6.1°，γ＝2.8°的位置(类似地，包括了其它对称的位置，下同)；最大干涉角中的最小值为0.05°，发生在β＝0，γ＝4.3°的位置；单一剪切(分离)时最大干涉角中的最小值为0.002°，发生在β＝-β_max＝-6.1°，γ＝6.8°的位置。结果表明，剪刃的β_max角暨刀盘α角和装刀长度H不能太大，否则即使采用预转角，当中心剪刃处于理想工况时，外侧剪刃仍会存在过度干涉，部分位置剪切时还会出现较大缝隙。按切入和分离全状态最小值作为初选预转角，即θ＝0.05°。由初选预转角θ推算得到β＝0位置，上下剪刃始终不干涉，剪刃平行时的最小间隙e＝2Rsin(θ/2)＝0.15mm。

考虑所剪带钢强度适中，剪刃材料较硬，修正系数取ε＝0.2，则预设间隙值e_预设＝(1-ε)e＝0.12mm。

然后，按(R+δ/2)sin(β_max+θ/2)，θ＝θ_预设确定刀片间隙的测量位置并调整，从计算可知，θ_预设＝2arcsin(e_预设/(2R))＝0.0395°，其大小与β_max＝6.1°相比很小，所以其对计算结果的影响也很小，可以忽略，既可按(R+δ/2)sin(β_max)＝18.76mm来定位，若按(R+δ/2)sin(β_max+θ/2)＝18.82mm，仅相差0.06mm。实际测量调整时，通常用塞尺凭手感来确定剪刃的平行位置及距离大小。刀片调整时，按初选重叠量通过加减刀垫的方法，同步调整剪刃离其旋转中心的距离，并用卡尺在中间对称位置检验重叠量的大小。

按预设间隙值调整、检查各对剪刃的间隙一致后，即可投入正常生产。

生产一段时间后，当剪刃磨损到出现剪不断的情况后，适当收小间隙，可再继续使用一段时间。

不难发现，本发明改变了以往剪刃间隙设定缺乏依据的状况，消除了剪刃异常损坏，频繁更换而影响生产正常进行的现象。根据工况和重叠量等条件，有目标的设定剪刃间隙，既有效发挥了剪刃的剪切能力，又提高了工作效率。并且在后期的使用中，还结合高硬度刀片的采用，进一步延长了刀片的使用寿命。

Claims (2)

1.一种基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)收集剪切相关的条件参数，所述条件参数包括：所用倾斜式碎边剪的参数、被剪带钢的材质和初选的剪刃重叠量；

(2)计算给定条件参数下配对剪刃的干涉角，所述干涉角是上下配对剪刃等量相向转动时，度量各位置干涉量大小的特有转角；其中，干涉角通过Δ＝arccos(1-AB²/(2(R+δ/2)²))，其中，Δ为干涉角、AB为点A与点B之间的距离、R为刀盘回转半径、δ为初选的剪刃重叠量，点A与点B在与刀盘轴垂直Z平面上；当γ∈[-ω，-β)时，点B的坐标为(x_B，y_B)，x_B＝(R+δ/2)sinγ，y_B＝(R+δ/2)cosγ-R，定义Z平面的原点O的坐标为(x_O，y_O)，则x_O＝x_B+y_Btan(-γ-β)，y_O＝0,点A的坐标为(x_A，y_A)，x_A＝(-b+(b²-4ac)^1/2)/(2a)，y_A＝k_AO(x_A-x_O)，a＝1+k_AO ²，b＝-2k_AO ²x_O+2Rk_AO，c＝k_AO ²x_O ²-2Rk_AOx_O+R²-(R+δ/2)²，k_AO＝tan[π/2+(β+γ)]；当γ∈(-β，ω]时，点B的坐标为(x_B，y_B)，x_B＝(R+δ/2)sinγ，y_B＝R-(R+δ/2)cosγ，定义Z平面的原点O的坐标为(x_O，y_O)，则x_O＝x_B+y_Btan(β+γ)，y_O＝0,点A的坐标为(x_A，y_A)，x_A＝(-b-(b²-4ac)^1/2)/(2a)，y_A＝k_AO(x_A-x_O)，a＝1+k_AO ²，b＝-2k_AO ²x_O-2Rk_AO，c＝k_AO ²x_O ²+2Rk_AOx_O+R²-(R+δ/2)²，k_AO＝tan[π/2-(β+γ)]；其中，γ为剪刃转角，β为剪刃固有角，[-ω,ω]为可能发生干涉的区域；

(3)对比不同位置剪刃固有角的最大干涉角，从中选取最小值作为初选预转角；

(4)按初选预转角推算剪刃间隙，并按工况选择预设间隙值；其中，通过e＝2Rsin(θ/2)计算剪刃间隙，其中，e为剪刃间隙、R为刀盘回转半径、θ为初选预转角；所述预设间隙值e_预设是在e值基础上考虑带钢强度和剪刃材料硬度的工况和剪切可靠性后的修正值，e_预设＝(1-ε)e，其中ε为修正系数，ε＝0～0.3；

(5)借助设备配有的机电装置，用塞尺在上下刀片剪刃平面平行位，测量刀片间的间隙并调整，使各对剪刃间隙与预设间隙值一致；

(6)将调整后的倾斜式碎边剪投入生产，完成边料分段工序。

2.根据权利要求1所述的基于倾斜式碎边剪剪刃间隙设定的边料分段方法，其特征在于，所述步骤(4)和步骤(5)之间还包括对预转角进行修正的步骤，预转角修正为θ_预设＝2arcsin(e_预设/(2R))。