CN112958829B - 金属棒夹紧式双段剪切下料装置及下料方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了金属棒夹紧式双段剪切下料装置及下料方法，该装置包括壳体、压紧下料单元和凸轮机构；压紧下料单元包括刀具、第一垫块、第一压块、第二垫块和第二压块；凸轮机构包括用于第一凸轮组件、第二凸轮组件和第三凸轮组件；第一凸轮组件、第二凸轮组件和第三凸轮组件均包括凸轮、压缩态弹簧和从动杆；第一压块固定于第一凸轮组件的从动杆上；刀具固定于第二凸轮组件的从动杆上；第二压块固定于第三凸轮组件的从动杆上；刀具包括刀体和刀口，刀体上开设有通孔，刀口为两个。本发明的装置可实现金属棒夹紧式双段剪切下料，棒料剪切后直接落料，提高下料工作效率。

Description

金属棒夹紧式双段剪切下料装置及下料方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及金属棒夹紧式双段剪切下料装置及下料方法。

背景技术

金属棒料的精密下料是机械加工行业的重要方向，是绿色制造、环保制造的趋势。

目前常用的下料方式有三种分别为：切割下料、剪切下料、锯切下料。但是采用以上传统方式进行棒料下料的过程中可能出现倾斜、塌角、椭圆度和不平整度等，造成料件加工精度无法满足当前机械加工制造业所需的精度要求的缺陷，断裂韧性是影响下料精度的关键因素之一。材料本身性能以及加工参数均可能造成断裂韧性，进而影响下料精度。

材料本身性能以及加工参数对下料精度的影响主要体现在含碳量、剪切速率和温度，其中，材料的含碳量直接影响材料的刚度、强度以及切削性质。剪切速度直接影响毛坯断面的下料质量，提高剪切速度可在一定程度上改善材料的断面质量，然而获得针对特定材质的最佳的剪切速度往往需要额外物力和人力，降低原材料利用率。材料的力学性能会随温度升高而产生相应的变化，随着温度的升高，金属下料的屈服强度和抗拉强度相应的降低，而刚度和塑性会变高。

设计一种高效率利用原材料的复合绿色制造、高效低耗、低碳环保加工理念的下料装置和方法，是解决当前金属棒料的精密下料的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供金属棒夹紧式双段剪切下料装置及下料方法。本发明通过包括刀具、第一垫块、第一压块、第二垫块和第二压块的压紧下料单元以及凸轮机构，凸轮机构带动刀具和压块直线运动，实现金属棒夹紧式双段剪切下料，棒料剪切后直接落料，极大的提高了下料工作效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体内设置有压紧下料单元和凸轮机构；

所述压紧下料单元包括刀具、第一垫块、第一压块、第二垫块和第二压块，所述第一垫块正对设置于第一压块下方且固定于所述壳体内，所述第二垫块正对设置于第二压块下方且固定于所述壳体内；

所述凸轮机构包括用于带动第一压块靠近或远离第一垫块的第一凸轮组件、用于带动所述刀具移动的第二凸轮组件和用于带动第二压块靠近或远离第二垫块的第三凸轮组件；

所述第一凸轮组件、第二凸轮组件和第三凸轮组件均包括凸轮、压缩态弹簧和从动杆，每个所述从动杆均位于对应凸轮下且抵接于所述凸轮边缘，每个所述压缩态弹簧均套设于对应从动杆上，每个所述压缩态弹簧的下端均固定于壳体内，每个所述压缩态弹簧的上端均固定于对应从动杆上；所述第一凸轮组件的凸轮、第二凸轮组件的凸轮和第三凸轮组件的凸轮间隔且平行设置，所述第二凸轮组件的凸轮位于第一凸轮组件的凸轮和第三凸轮组件的凸轮之间；

所述第一压块固定于第一凸轮组件的从动杆上且远离第一凸轮组件的凸轮的一端；

所述刀具固定于第二凸轮组件的从动杆上且远离第二凸轮组件的凸轮的一端；

所述第二压块固定于第三凸轮组件的从动杆上且远离第三凸轮组件的凸轮的一端；

所述刀具包括刀体和刀口，所述刀体上开设有用于穿过待剪切棒料的通孔，所述刀口为两个，两个所述刀口分别设置于所述通孔两端，两个所述刀口所在平面均垂直于所述待剪切棒料。

上述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，所述壳体内固定设置有连接板，所述连接板包括位于所述壳体中部且垂直于所述压缩态弹簧压缩方向的板面，所述板面位于压缩态弹簧的下方，每个所述压缩态弹簧的下端均固定于所述板面上，所述板面上开设有用于穿过从动杆的通口。

上述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，所述第一压块下部和第二压块下部均开设有与待剪切棒料形状匹配的第一槽口，所述第一垫块上部和第二垫块上部均开设有用于放置待剪切棒料的第二槽口。

上述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，所述凸轮的轮廓曲线均由依次相连的第一段圆弧、第二段圆弧、第三段圆弧和第四段圆弧合围而成，所述第一段圆弧的圆心角为144°，第二段圆弧的圆心角、第三段圆弧的圆心角和第四段圆弧的圆心角均为72°，所述第三段圆弧对应圆的半径为第一段圆弧对应圆的半径的1.25倍。

上述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，所述第一凸轮组件的从动杆、第二凸轮组件的从动杆和第三凸轮组件的从动杆上均开设有用于抵接对应凸轮边缘的滑槽。

上述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，还包括用于驱动凸轮机构的动力组件，所述动力组件包括用于带动三个所述凸轮转动的轮轴，所述转轴设置于壳体内。

此外，本发明还提供一种采用上述金属棒夹紧式双段剪切下料装置进行剪切下料的方法，其特征在于，包括：

调整安装凸轮机构使第一凸轮组件的从动杆和第三凸轮组件的从动杆均处于推程开始点，第二凸轮组件的从动杆处于回程开始点；

将待剪切棒料穿过所述刀具的通孔；所述待剪切棒料上开设有切口，所述刀口正对所述切口；

启动凸轮机构，第二凸轮组件的从动杆带动所述刀具向上移动，在第一凸轮组件的从动杆和第三凸轮组件的从动杆的带动下，第一压块和第二压块同步向下移动，在第一压块和第二压块施加于待剪切棒料的压力和所述刀具的共同作用下，待剪切棒料在所述切口处断裂，完成剪切下料。

上述的方法，其特征在于，所述切口为截面形状为V型的切口，所述切口包括位于待剪切棒料内部的圆角尖端和从所述圆角尖端延伸到待剪切棒料表面的张口，所述圆角尖端的圆角半径为待剪切棒料直径的0.02倍，所述切口的深度为待剪切棒料直径的0.15倍。

上述的方法，其特征在于，所述切口的数量为四个，四个所述切口分为两组，两组所述切口间隔设置，同组内的两个切口的中轴线连线重合且所述中轴线连线垂直于待剪切棒料长轴。

上述的方法，其特征在于，从动杆与第一段圆弧中点抵接时为所述推程开始点，从动杆与第三段圆弧中点抵接时为所述回程开始点。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明提供一种金属棒夹紧式双段剪切下料装置，该装置包括刀具、第一垫块、第一压块、第二垫块和第二压块的压紧下料单元以及凸轮机构，凸轮机构带动刀具和压块直线运动，实现金属棒夹紧式双段剪切下料，棒料剪切后直接落料，极大的提高了下料工作效率。

2、本发明的金属棒夹紧式双段剪切下料装置中，凸轮组件包括凸轮、压缩态弹簧和从动杆，压缩态弹簧既可以支撑从动杆抵接凸轮边缘，同时可在通过压缩态增加，在第一压块和第二压块向棒料提供压力过程中持续向第一压块和第二压块施加反力，使第一压块和第二压块施加于棒料的压力随着切口裂纹扩展而减小，避免凸轮处于极限运动位置时待剪切棒料所受应力过高，剪切口沿切口向周向扩展更加均匀，可有效避免倾斜、塌角、椭圆度和不平整度等缺陷。

3、本发明的金属棒夹紧式双段剪切下料装置的刀具上开设有用于穿过待剪切棒料的通孔，通孔两端分别设置有刀口，两个刀口所在平面均垂直于待剪切棒料且正对待剪切棒料的切口，可同时向待剪切棒料提供切削力和载荷，待剪切棒料在被剪切过程中承受周向载荷，受力均匀，待剪切棒料沿切口圆周方向分离。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为第二压块与从动杆的连接关系示意图。

图3为第二垫块的结构示意图。

图4为凸轮的结构示意图。

图5为刀具与待剪切棒料的位置关系示意图。

图6为刀具的结构示意图。

图7为刀具与从动杆的连接关系示意图。

图8为图7的侧视图。

图9为图7的俯视图。

图10为第一压块对应从动杆的运动位移示意图。

图11为刀具对应从动杆的运动位移示意图。

附图标记说明

1—壳体； 11—连接板；

21—刀体； 211—通孔； 212—刀口；

22—第一垫块； 23—第一压块； 24—第二垫块；

25—第二压块； 31—凸轮； 311—第一段圆弧；

312—第二段圆弧； 313—第三段圆弧； 314—第四段圆弧；

32—从动杆； 321—滑槽； 33—压缩态弹簧；

4—待剪切棒料； 41—第一槽口； 42—第二槽口；

43—切口； 51—轮轴； 52—传送带；

53—电机。

具体实施方式

实施例1

如图1～9所示，本实施例提供金属棒夹紧式双段剪切下料装置，包括壳体，所述壳体1内设置有压紧下料单元和凸轮机构；

所述压紧下料单元包括刀具、第一垫块22、第一压块23、第二垫块24和第二压块25，所述第一垫块22正对设置于第一压块23下方且第一垫块22固定于所述壳体1内，所述第二垫块24正对设置于第二压块25下方且第二垫块24固定于所述壳体1内；

所述凸轮机构包括用于带动第一压块23靠近或远离第一垫块22的第一凸轮组件、用于带动所述刀具移动的第二凸轮组件和用于带动第二压块25靠近或远离第二垫块24的第三凸轮组件；

所述第一凸轮组件、第二凸轮组件和第三凸轮组件均包括凸轮31、压缩态弹簧33和从动杆32，每个所述从动杆32均位于对应凸轮31下且抵接于所述凸轮31边缘，每个所述压缩态弹簧33均套设于对应从动杆32上，每个所述压缩态弹簧33的下端均固定于壳体1内，每个所述压缩态弹簧33的上端均固定于对应从动杆32上；所述第一凸轮组件的凸轮31、第二凸轮组件的凸轮31和第三凸轮组件的凸轮31间隔且平行设置，所述第二凸轮组件的凸轮31位于第一凸轮组件的凸轮31和第三凸轮组件的凸轮31之间；

所述第一压块23固定于第一凸轮组件的从动杆32上且远离第一凸轮组件的凸轮31的一端；

所述刀具固定于第二凸轮组件的从动杆32上且远离第二凸轮组件的凸轮31的一端；

所述第二压块25固定于第三凸轮组件的从动杆32上且远离第三凸轮组件的凸轮31的一端；

所述刀具包括刀体21和刀口212，所述刀体21上开设有用于穿过待剪切棒料4的通孔211，所述刀口212为两个，两个所述刀口212分别设置于所述通孔211两端，两个所述刀口212所在平面均垂直于所述待剪切棒料4。

第一压块与第二压块结构和形状均相同，第一垫块和第二垫块的结构和形状可以不同，只要能满足使待剪切棒料垂直于刀口放置即可；第一压块与第二压块结构、形状和材质均相同，目的是满足施加于待剪切棒料上压力均等一致。

所述通孔直径与待剪切棒料直径匹配，所述刀口为圆环形刀口，可沿待剪切棒料周向进行剪切。

所述刀体垂直固定于第二凸轮组件的从动杆上。

本实施例的金属棒夹紧式双段剪切下料装置中，所述壳体1内固定设置有连接板11，所述连接板11包括位于所述壳体1中部且垂直于所述压缩态弹簧33压缩方向的板面，所述板面位于压缩态弹簧33的下方，每个所述压缩态弹簧33的下端均固定于所述板面上，所述板面上开设有用于穿过从动杆32的通口。所述壳体包括固定设置于壳体内的连接板，所述连接板包括用于将所述板面和壳体固定连接的连接杆，所述连接杆为两根，两根所述连接杆间隔且平行设置于所述板面两侧，两根所述连接杆且远离所述板面的一端向上延伸至壳体内上部且与壳体通过螺栓螺母组件固定连接。通过设置于壳体内的连接板实现压缩态弹簧压缩态的保持，在弹簧压缩力作用下，从动杆保持与凸轮抵接，通过开设于所述板面上通口将三个从动杆均限制为只能上下移动而不发生晃动或转动，提高装置稳定性。

所述壳体包括设置于所述壳体内部的垫板，所述垫板平行设置于板面下方，所述垫板两端分别固定于壳体内侧壁面上，所述第一垫块和第二垫块均固定设置于垫板上。本实施例的金属棒夹紧式双段剪切下料装置中，所述第一压块23下部和第二压块25下部均开设有与待剪切棒料4形状匹配的第一槽口41，所述第一垫块22上部和第二垫块24上部均开设有用于放置待剪切棒料的第二槽口42。

作为优选，刀体上的通孔的中轴线与刀体中轴线重合，通过将待剪切棒料穿入通孔中，在压块施加的下压载荷和设置于刀体两端的刀口的作用下，实现低应力切削。

本实施例的金属棒夹紧式双段剪切下料装置中，所述凸轮31的轮廓曲线均由依次相连的第一段圆弧311(图4中的圆弧DA)、第二段圆弧312(图4中的圆弧AB)、第三段圆弧313(图4中的圆弧BC)和第四段圆弧314(图4中的圆弧CD)合围而成，所述第一段圆弧311的圆心角为144°，第二段圆弧312的圆心角、第三段圆弧313的圆心角和第四段圆弧314的圆心角均为72°，所述第三段圆弧313对应圆的半径为第一段圆弧311对应圆的半径的1.25倍。

所述第二段圆弧和第四段圆弧均为以等加速曲线作为从动件位移线图，利用反转法确定得到的凸轮轮廓。

所述垫块的高度为：当所述第二凸轮组件的从动杆处于推程位移最大值时，所述垫块的下槽口可支撑所述刀具通孔内穿设的待剪切棒料的穿出部分。

本实施例的金属棒夹紧式双段剪切下料装置中，所述第一凸轮组件的从动杆32、第二凸轮组件的从动杆32和第三凸轮组件的从动杆32上均开设有用于抵接对应凸轮31边缘的滑槽321。

本实施例的金属棒夹紧式双段剪切下料装置中，还包括用于驱动凸轮机构的动力组件，所述动力组件包括用于带动三个所述凸轮31转动的轮轴51，所述转轴51设置于壳体1内。所述动力组件还包括用于带动轮轴转动的传送带52和电机53，电机带动带轮，带轮转动传输给传送带，传送带将转矩传递给轮轴。

实施例2

本实施例提供一种采用实施例1的金属棒夹紧式双段剪切下料装置进行剪切下料的方法，包括以下步骤：

步骤一、选取材质为304不锈钢，长度为40mm，直径为10mm的金属棒料，在所述棒料上预先切出截面形状为V型的切口43，所述切口43包括位于所述棒料内部的圆角尖端和从所述圆角尖端延伸到所述棒料表面的张口，所述圆角尖端的圆角半径为0.2mm，所述切口43的深度为1.5mm，所述切口43的数量为四个，四个所述切口43分为两组，两组所述切口43间隔设置，同组内的两个切口43的中轴线连线重合且所述中轴线连线垂直于所述棒料长轴，得到待剪切棒料4；

步骤二、调整安装凸轮机构使第一凸轮组件的从动杆32和第三凸轮组件的从动杆32均处于推程开始点(图4中的圆弧DA处中点F)，即,使第一段圆弧311中点被相应从动杆32抵接，调整安装第二凸轮组件的从动杆32处于回程开始点(图4中的圆弧BC处中点E)，即,使第三段圆弧313中点被相应从动杆32抵接；从推程开始点开始运动的从动杆的位移曲线示意图如图10所示，从回程开始点开始运动的从动杆的位移曲线示意图如图11所示；

步骤三、将待剪切棒料4穿过所述刀具的通孔211，调整待剪切棒料4使待剪切棒料4上的切口43与刀具的刀口212正对，此时所述待剪切棒料4超出通孔211的部分分别位于第一垫块22和第二垫块24上；

步骤三、启动凸轮机构，第二凸轮组件的从动杆32带动所述刀具向上移动，在第一凸轮组件的从动杆32和第三凸轮组件的从动杆32的带动下，第一压块23和第二压块25同步向下移动，第一压块23和第二压块25同时向待剪切棒料4施加向下的压力，所述刀具向所述待剪切棒料4施加载荷和切削力，在压力、载荷和切削力的共同作用下，待剪切棒料4在所述切口43处断裂，刀具两端的待剪切棒料4在第一压块23和第二压块25作用下直接下落，完成剪切下料。

本发明的低应力切削结构设计使材料在切削时所受的应力更小，本发明适用原料并不限于金属材质棒料，其他材质棒形料件的低应力切削装置及方法也在本发明技术方案的保护范围内。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体(1)内设置有压紧下料单元和凸轮机构；

所述压紧下料单元包括刀具、第一垫块(22)、第一压块(23)、第二垫块(24)和第二压块(25)，所述第一垫块(22)正对设置于第一压块(23)下方且固定于所述壳体(1)内，所述第二垫块(24)正对设置于第二压块(25)下方且固定于所述壳体(1)内；

所述凸轮机构包括用于带动第一压块(23)靠近或远离第一垫块(22)的第一凸轮组件、用于带动所述刀具移动的第二凸轮组件和用于带动第二压块(25)靠近或远离第二垫块(24)的第三凸轮组件；

所述第一凸轮组件、第二凸轮组件和第三凸轮组件均包括凸轮(31)、压缩态弹簧(33)和从动杆(32)，每个所述从动杆(32)均位于对应凸轮(31)下且抵接于所述凸轮(31)边缘，每个所述压缩态弹簧(33)均套设于对应从动杆(32)上，每个所述压缩态弹簧(33)的下端均固定于壳体(1)内，每个所述压缩态弹簧(33)的上端均固定于对应从动杆(32)上；所述第一凸轮组件的凸轮(31)、第二凸轮组件的凸轮(31)和第三凸轮组件的凸轮(31)间隔且平行设置，所述第二凸轮组件的凸轮(31)位于第一凸轮组件的凸轮(31)和第三凸轮组件的凸轮(31)之间；

所述第一压块(23)固定于第一凸轮组件的从动杆(32)上且远离第一凸轮组件的凸轮(31)的一端；

所述刀具固定于第二凸轮组件的从动杆(32)上且远离第二凸轮组件的凸轮(31)的一端；

所述第二压块(25)固定于第三凸轮组件的从动杆(32)上且远离第三凸轮组件的凸轮(31)的一端；

所述刀具包括刀体(21)和刀口(212)，所述刀体(21)上开设有用于穿过待剪切棒料(4)的通孔(211)，所述刀口(212)为两个，两个所述刀口(212)分别设置于所述通孔(211)两端，两个所述刀口(212)所在平面均垂直于所述待剪切棒料(4)。

2.根据权利要求1所述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，所述壳体(1)内固定设置有连接板(11)，所述连接板(11)包括位于所述壳体(1)中部且垂直于所述压缩态弹簧(33)压缩方向的板面，所述板面位于压缩态弹簧(33)的下方，每个所述压缩态弹簧(33)的下端均固定于所述板面上，所述板面上开设有用于穿过从动杆(32)的通口。

3.根据权利要求1所述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，所述第一压块(23)下部和第二压块(25)下部均开设有与待剪切棒料(4)形状匹配的第一槽口(41)，所述第一垫块(22)上部和第二垫块(24)上部均开设有用于放置待剪切棒料的第二槽口(42)。

4.根据权利要求1所述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，所述凸轮(31)的轮廓曲线均由依次相连的第一段圆弧(311)、第二段圆弧(312)、第三段圆弧(313)和第四段圆弧(314)合围而成，所述第一段圆弧(311)的圆心角为144°，第二段圆弧(312)的圆心角、第三段圆弧(313)的圆心角和第四段圆弧(314)的圆心角均为72°，所述第三段圆弧(313)对应圆的半径为第一段圆弧(311)对应圆的半径的1.25倍。

5.根据权利要求1所述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，所述第一凸轮组件的从动杆(32)、第二凸轮组件的从动杆(32)和第三凸轮组件的从动杆(32)上均开设有用于抵接对应凸轮(31)边缘的滑槽(321)。

6.根据权利要求1所述的金属棒夹紧式双段剪切下料装置，其特征在于，还包括用于驱动凸轮机构的动力组件，所述动力组件包括用于带动三个所述凸轮(31)转动的轮轴(51)，所述转轴(51)设置于壳体(1)内。

7.一种采用如权利要求1～6任一权利要求所述金属棒夹紧式双段剪切下料装置进行剪切下料的方法，其特征在于，包括：

调整安装凸轮机构使第一凸轮组件的从动杆(32)和第三凸轮组件的从动杆(32)均处于推程开始点，第二凸轮组件的从动杆(32)处于回程开始点；

将待剪切棒料(4)穿过所述刀具的通孔(211)；所述待剪切棒料(4)上开设有切口(43)，所述刀口(212)正对所述切口(43)；

启动凸轮机构，第二凸轮组件的从动杆(32)带动所述刀具向上移动，在第一凸轮组件的从动杆(32)和第三凸轮组件的从动杆(32)的带动下，第一压块(23)和第二压块(25)同步向下移动，在第一压块(23)和第二压块(25)施加于待剪切棒料(4)的压力和所述刀具的共同作用下，待剪切棒料(4)在所述切口(43)处断裂，完成剪切下料。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述切口(43)为截面形状为V型的切口，所述切口(43)包括位于待剪切棒料(4)内部的圆角尖端和从所述圆角尖端延伸到待剪切棒料(4)表面的张口，所述圆角尖端的圆角半径为待剪切棒料(4)直径的0.02倍，所述切口(43)的深度为待剪切棒料(4)直径的0.15倍。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述切口(43)的数量为四个，四个所述切口(43)分为两组，两组所述切口(43)间隔设置，同组内的两个切口(43)的中轴线连线重合且所述中轴线连线垂直于待剪切棒料(4)长轴。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，从动杆(32)与第一段圆弧(311)中点抵接时为所述推程开始点，从动杆(32)与第三段圆弧(313)中点抵接时为所述回程开始点。

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