CN202461670U - 非晶合金带材切割刀具和非晶合金纵剪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非晶合金带材切割刀具和非晶合金纵剪装置，包括平行的上刀轴和下刀轴，上下刀轴上均安装有切割刀盘和弹性体压盘，所述上刀轴和下刀轴上的切割刀盘相错位排列，所述上刀轴上的弹性体压盘则与下刀轴上的切割刀盘相对，所述下刀轴上的弹性体压盘则与上刀轴上的切割刀盘相对，相对的切割刀盘与弹性体压盘形成带材承托夹紧机构。本实用新型的非晶合金带材切割刀具，适用于非晶合金带材的纵剪，保证在将非晶合金带材剪切时切口两侧不破坏，实现了非晶合金带材的有效切割，且可以切割多张。通过在非晶合金纵剪装置上设置自动横向进给调节装置调节刀具的横向位移，还可以实现切割梯形、曲形非晶合金带材，以利于制成不同截面形状的非晶合金立体卷铁芯。

Description

非晶合金带材切割刀具和非晶合金纵剪装置

技术领域

本实用新型涉及一种非晶合金带材剪切装置，具体来说是一种非晶合金带材纵剪装置。

背景技术

作为变压器重要部件的铁芯，其结构形式以及所用材料对变压器的性能有重要影响。按变压器铁芯的结构形式，可分为叠片铁芯和卷铁芯。按铁芯材料来分，目前制作变压器铁芯的材料主要有硅钢带和非晶合金二种。

叠片铁芯，是用硅钢片等铁芯材料叠在一起制造成的“日”字形铁芯，这种“日”字形铁芯为平面叠铁芯。叠片式铁芯由于有接缝而造成磁路中存在空气隙，硅钢片之间不够紧密，而且还存在着局部地方材料高导磁方向与磁路方向不一致，使铁芯性能较差。

卷铁芯，又称卷绕铁芯，是由制作铁芯的带材卷绕而成，由于铁芯层间没有搭头、接缝，因此没有接缝处磁通密度的畸变现象。卷铁芯除可以制成“日”字形结构的平面铁芯外，还可以形成等边三角形排列的立体铁芯，这种立体结构使三相磁路完全对称，磁路各处磁通分布均匀，没有明显的高阻区。立体式卷铁芯与叠片式铁芯相比，其性能特点为：(1)空载电流特别小，大大降低无功损耗，可使铁芯损耗降低10-20％，铁轭用材比传统“日”字铁芯铁轭减少25％，总空载损耗可下降10％左右。(2)三相铁芯结构完全对称、三相磁路绝对平衡，波形好，保证了供电波形质量。(3)噪音低，不存在接缝导致的磁路不连贯而发出的噪声。

在立体式卷铁芯中，铁芯芯柱的截面形状也影响着变压器的性能，这是因为不同形状芯柱横截面占空系数不同，芯柱截面形状越接近圆形，截面占空系数越高。例如中国专利文献CN2549572Y中公开的“一种卷绕式铁芯”，如图1所示，是一种三角形立体卷铁芯，芯柱2呈三角形立体排列，且由几个形状相同或相似的横戴面接近于半圆的复合形截面的单框铁芯21拼合而成。该铁芯中一个单框铁芯21的横截面形状如图2所示，该复合形截面由内向外分成三个区域211、212、213，内区域213形成一梯形截面，中间区域212形成一类似圆台的截面，外区域211由三种梯形截面组成。这种铁芯截面占空系数可达0.98-0.99，降低了材料用量和变压器空载损耗。然而这种高占空系数的卷铁芯，所用带材不再是矩形，为CN2549572Y中的梯形。另外，也有方案采用中国专利文献CN101090030A中的曲料制成芯柱为圆形的立体卷铁芯。

在铁芯材料方面，非晶合金与硅钢带相比，是一种更节能的制造变压器铁芯的材料。非晶合金是采用快速急冷凝固生产工艺，其物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列，更利于被磁化和去磁。这种材料用于变压器铁芯，变压器磁化过程非常容易，从而大大降低变压器的空载损耗。从变压器的空载损耗降低程度来看，非晶合金带材是目前所有各种牌号的硅钢带不能相比的，所以用非晶合金制成的非晶合金变压器与硅钢片变压器相比空载损耗和电流损耗大幅下降。

利用非金合晶制作变压器卷铁芯，特别是立体卷铁芯，是降低变压器损耗，提高变压器性能的有效手段。但是，利用非晶合金制造变压器卷铁芯，目前遇到了一些困难，这是因为：由于非晶合金带材比硅钢带材薄得多，厚度约为硅钢带材的1/10，同时又比硅钢带材脆得多，且硬度几乎为硅钢带的5倍，因此变压器生产企业用于切割硅钢带的纵剪设备切割非晶合金带材时会造成带材的损坏，从而根本没有办法切割非晶合金带材。现有非晶合金的纵剪设备，有带材切断设备，也有纵向切割设备，但只能切割成直带料，并且只能单层切割，而现有的非晶合金带材大多是多张重叠在一起卷绕成卷。目前非晶合金带材主要依赖进口，并且非晶合金带材宽度尺寸规格很少，目前只有100mm、142mm、170mm、213mm四种，无法满足不同容量铁芯规格的要求，因此对于不同容量的铁芯需要不同截面积时，往往只能主要通过改变铁芯截面的矩形形状的厚度尺寸来实现，无法制成高填充系数的铁芯。

因此，现有的非晶合金铁芯主要存在以下问题：

a、由于目前的非晶合金带材只有四种宽度的直带，因此做成的铁芯横截面形状只能是矩形一种，对于有些容量的铁芯横截面矩形的长宽比达到4，不能呈圆形或多边形。众所周知，同样截面积形状中圆的周长最小，矩形的周长较大，特别是长宽比越大，周长就越长。而周长长必然使变压器线圈的平均匝长就长，不但浪费宝贵的铜，而且会增加变压器的负载损耗和变压器温升。

b、由于目前非晶合金材料的铁芯，横截面只能是矩形，不能是圆形，因此线圈形状也只能是矩形，而不能是圆形，无法带铁芯绕线。因此铁芯只能做成开口式铁芯，而不能是闭口式铁芯。对于更适合采用闭口卷铁芯的小容量变压器也只能采用开口式卷铁芯。

c、开口式铁芯的开口部位材料要经过多次折弯，特别是材料经退火后的折弯，使材料增加应力，使铁芯的性能下降，空载损耗上升。

d、开口式铁芯开口部位非晶合金材料对接处存在空隙，以及拼合不够紧密等原因，噪声要比同容量闭口铁芯的噪声大。

e、开口部位非晶合金材料在闭合时，非晶合金材料受到弯曲，非晶合金材料表面容易脱落，产生鱼鳞片状物，这些片状物飘浮在变压器油中容易引起变压器故障，使变压器的安全性下降。

针对上述问题，中国专利文献CN101150006B公开了一种“非晶合金卷铁芯”，是一种由若干个不同截面形状卷绕形成的单框拼合成，并使拼合后铁芯截面形状呈预定的准圆形、准多边形或复合形，但是该卷铁芯为提高填充系数是采用非晶合金和硅钢带两种材料分别卷绕再拼合构成，即梯形硅钢带卷绕成内外圈的梯形或变截面部分，利用矩形非晶合金带卷绕截面为矩形的单框，虽然避免了对非晶合金带材纵剪(被剪的是硅钢带)，但是这种复合卷铁芯由于未完全采用非晶合金，其立体卷铁芯的特点和非晶合金的性能未充分得到发挥，且由于非晶合金单框与硅钢带单框分别卷绕后再拼合，还要填充空隙，增大了制作难度，降低了生产效率。特别是为便于套拼，单框间留有的空隙又对空载损耗的降低不利，且会增加噪音。

因此，开发一种非晶合金纵剪设备，成为解决非晶合金卷铁芯技术进步的关键，而该关键中的关键则是切割刀具部分的研制。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供一种非晶合金带材切割刀具，以实现对非晶合金进行纵剪时不破坏非晶合金带材。

更进一步地本实用新型还提供一种非晶合金纵剪装置，不但能够实现切割直带料，还可以切割梯形或曲形非晶合金带料。

为现实本实用新型的第一个目的，本实用新型采用的技术方案是：一种非晶合金带材切割刀具，包括平行的上刀轴和下刀轴，上下刀轴上均安装有切割刀盘和弹性体压盘，所述上刀轴和下刀轴上的切割刀盘相错位排列，所述上刀轴上的弹性体压盘则与下刀轴上的切割刀盘相对，所述下刀轴上的弹性体压盘则与上刀轴上的切割刀盘相对，相对的切割刀盘与弹性体压盘形成带材承托夹紧机构。

本实用新型的切割刀具，利用弹性体压盘与对应的刀盘，能够将非晶合金带材夹紧保持稳定，在错位的上切割刀盘与下切割刀盘对非晶合金剪切时，能够实现对切口两侧非晶合金带材的保护，因此可以实现沿预定切割位置准确切割而不会损坏带材其它部位。同时，采用弹性体压盘利用其弹性变形能力，不但能够适应不同厚度的非晶合金带材，既可切割单张，还可实现同时切割多张非晶合金带材，又保证在夹紧带材时不会对带材造成损伤。

为现实本实用新型的第二个目的，提供一种非晶合金纵剪装置，包括机架和安装在机架上的切割刀具，所述切割刀具安装在刀具支架上，所述刀具支架通过滑轨安装在所述机架上，机架上还安装有调节所述刀具支架在滑轨上位移的自动横向进给调节机构，所述刀具支架上水平安装有平行的上刀轴和下刀轴，上下刀轴上均安装有切割刀盘和弹性体压盘，所述上刀轴和下刀轴上的切割刀盘相错位排列，所述上刀轴上的弹性体压盘则与下刀轴上的切割刀盘相对，所述下刀轴上的弹性体压盘则与上刀轴上的切割刀盘相对，相对的切割刀盘与弹性体压盘形成带材承托夹紧机构，刀具支架上还安装有驱动所述上刀轴和下刀轴同步、反向转动的电机和传动机构。

利用自动横向进给调节机构自动调节刀具横向位移量，通过调节横向进给速度与纵向速度匹配，可以实现将矩形非晶合金带切割成梯形或曲线形状的非晶合金带，以满足生产非晶合金立体卷铁芯的需求。

所述自动横向进给调节机构可以采用这样的方案：所述自动横向进给调节机构包括安装在机架上的伺服电机或步进电机，以及被所述伺服电机或步进电机驱动的丝杆，丝杆上装有丝杆螺母，所述丝杆螺母通过连接件与所述刀具支架连接，还包括控制所述伺服或步进电机的控制器以及检测刀具支架位置的传感器。

在其它实施例中，所述自动横向进给调节机构包括安装在机架上的伺服电机或步进电机，所述伺服电机或步进电机的输出轴上安装主动齿轮，所述刀具支架上安装有与所述主动齿轮啮合的齿条，还包括控制所述伺服电机或步进电机的控制器以及检测刀具支架位置的传感器。

所述自动横向进给调节机构包括安装在机架上的伺服电机或步进电机，所述伺服电机或步进电机输出轴安装主动齿轮，机架上还安装有从动齿轮，一个固定在所述刀具支架上的内齿带安装在所述主动齿轮和从动齿轮上，还包括控制所述伺服电机或步进电机的控制器以及检测刀具支架位置的传感器。

对于梯形带材，通过一次切割可得到两条梯形带材。对于曲线带材，为节省原料，一般要进行两次切割，当然可以先进行一次切割、收卷，然后对切割完成后的较宽的带材再进行切割，但显然会降低效率。为提高切割效率，特别是对于曲线形状的带材的切割，可以同时进行两次切割，所述切割单元为两组或两组以上，在所述机架上前后依次排列。

当然，对于矩形带材，也可以将一张带材切割成三或四张矩形带材，此时所述上刀轴和下刀轴上的切割刀盘和弹性体压盘为多组。

所述切割驱动电机为调速电机及其控制器，可以灵活控制加工速度。

所述传动装置可以采用传动齿轮或齿轮和链条构成的链传动，均为同步传动。

所述弹性体为聚氨酯、橡胶或SBS或其它柔弹性材料。

所述弹性体的弹性模量可以根据非晶合金带材的厚度而选择，对于同时切割五张非晶合金带材时，弹性模量选择5-150达因/平方厘米，所述弹性体压盘的厚度为20mm-100mm。

所述机架上还安装有导向机构，通常由多组竖向安装的导向滚柱组成。

本实用新型的非晶合金带材切割刀具，适用于非晶合金带材的纵剪，可以保证在将非晶合金带材剪切时切口两侧不破坏，实现了非晶合金带材的有效切割，且可以切割多张。通过在非晶合金纵剪装置上设置自动横向进给调节机构调节刀具的横向位移，还可以实现切割梯形、曲线形非晶合金带材，以利于制成不同截面形状的非晶合金立体卷铁芯，进一步生产出损耗低、空载电流低和噪音低的变压器，同时进一步节省材料降低成本，提高变压器工作的可靠性。

附图说明

图1为立体式卷铁芯结构示意图；

图2为立体式卷铁芯单框横截面示意图；

图3为本实用新型的非晶合金带材切割刀具的示意图；

图4为本实用新型的非晶合金纵剪装置的示意图；

图5为齿轮齿条式自动横向进给调节机构示意图；

图6为齿轮内齿带式自动横向进给调节机构的示意图；

图7为一次切割非晶合金纵剪装置的示意图；

图8为两次切割非晶合金纵剪装置的俯视图；

图9为丝杆式自动横向进给调节机构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。

如图3所示，是本实用新型的一种非晶合金带材切割刀具示意图，包括刀具支架11上通过轴承安装的平行的上刀轴12和下刀轴10，在上刀轴12上安装有切割刀盘14和弹性体压盘13，在下刀轴10上安装有切割刀盘19和弹性体压盘18，切割刀盘14、19为采用硬质合金制成的辊套，弹性体压盘13、18是采用弹性体材料制成的辊套。上刀轴12和下刀轴10上的切割刀盘14、19相错位排列，以利用其边缘对非晶合金带材进行剪切切割。上刀轴12上的弹性体压盘13则与下刀轴10上的切割刀盘19相对，下刀轴10上的弹性体压盘18则与上刀轴12上的切割刀盘14相对，相对的切割刀盘与弹性体压盘形成带材承托夹紧机构，使得非晶合金带材未切割部分被夹持在切割刀盘与弹性体压盘之间，防止非晶合金带材在被切割时切口两侧变形或撕裂。上刀轴12与下刀轴10之间通过齿轮15、16传动，上刀盘10上安装的齿轮17被电机驱动。

作为弹性体压盘13、18的辊套，其弹性体可以为聚氨酯、橡胶或SBS等有机弹性材料，制成圆套套装在上刀轴12和下刀轴10上。利用其弹性变形与切割刀盘配合压紧非晶合金带材，并且弹性体压盘的变形量能够适应多张非晶合金带材同时剪切的变形量要求。一般弹性体的弹性模量以5-150达因/平方厘米，对应地所述弹性体压盘的厚度S为20-100mm。切割刀盘和弹性体压盘均为辊套，其长度L为50mm-300mm。

对于切割不同厚度的非晶合金，上下刀盘14、19水平方向上的切割间隙可以适当调整，对于同时切割五张非晶合金带材时，该间隙以0.001mm-0.050mm为宜。

如图4所示，是一种非晶合金纵剪装置，包括机架41和安装在机架上的如图3所示的切割单元。所述切割单元包括安装在刀具支架11上的刀具，刀具支架11通过一对滑轨43安装在机架41上，机架41上还安装有调节刀具支架11在滑轨上位移的自动横向进给调节机构46。刀具支架11上水平安装有平行的上刀轴和下刀轴，上下刀轴上均安装有切割刀盘19、14和弹性体压盘13、18，上刀轴和下刀轴上的切割刀盘14、19相错位排列，上刀轴上的弹性体压盘13则与下刀轴上的切割刀盘19相对，下刀轴上的弹性体压盘18则与上刀轴上的切割刀盘14相对，相对的切割刀盘与弹性体压盘形成带材承托夹紧机构。刀具支架11上还安装有驱动下刀轴同步转动的切割驱动电机45和传动齿轮44、17构成的传动机构，上刀轴与下刀轴之间通过齿轮15、16直接传动。

由图4所示实施例，电机45通过齿轮组44、17和齿轮组15、16驱动刀轴同步反向转动，喂入的非晶合金带材被夹紧在弹性体压盘13、切割刀盘19之间以及切割刀盘14、弹性体压盘18之间，利用弹性体压盘13、切割刀盘14与切割刀盘19、弹性体压盘18的反向转动使带料被向前输送。同时由于切割刀盘14与切割刀盘19相错位，在传送非晶合金带材同时，切割刀盘14与切割刀盘19边缘对非晶合金带材产生剪切作用，直至非晶合金带材沿切割刀盘14与切割刀盘19中间位置断开，而非晶合金带材两侧在逐渐上下水平分离时被夹紧不会弯曲变形，保证不被撕裂和沿宽度方向弯曲变形。为便于控制纵剪速度，切割驱动电机45采用调速电机，例如变频调速电机，控制器可以采用PLC控制器或工控机，以便于灵活设定速度。

在图4所示的实施例中，对于仅将宽非晶合金带材纵剪成窄的矩形带材时，整个纵剪过程中刀具支架保持不动。

对于将矩形非晶合金带材剪切成梯形非晶合金带材或曲线形非晶合金带材时，刀具支架还要在纵剪过程中相对于非晶合金带材宽度方向进行横向移动，以改变剪切点。横向移动速度、位移量、移动起始点需要准确控制，是通过自动横向进给调节机构46来实现。

自动横向进给调节机构46可以如图9所示，包括步进或伺服电机91，通过两个轴承94安装在在盒体93内的丝杆97，丝杆97位于一个安装固定在盒体93上的外套管100内，在外套管100内还有丝杆螺母95安装在丝杆97上，线杆螺母95上固定有内套管96，内套管96端部穿出于外套管100外并通过铰接头99与图4中刀具支架连接，通过内套管构成丝杆螺母与刀具支架之间的连接件，外套管100端部内安装有轴套98以避免内套管96在外套管内摆动，保证运行稳定。位置传感器可以为安装在机架上的红外或超声距离传感器，以检测刀具支架的位移量和具体位置。控制器可以采用PLC或者工控机，便于用程序控制和设定。如果机架等速横移，则可加工梯形非晶合金带材。在控制器控制下电机91通过同步传送带92驱动丝杆97旋转，利用丝杆螺母95和内套管96通过铰接头99推动刀具支架横向移动。

而根据程序按一定函数变速移动，则形成边缘满足某一函数要求的曲线带材，例如按CN101090030A的方式切割。如图8所示，此种方式采用两组切割单元81、82，在机架上按箭头所示非晶合金带材前进方向前后依次排列，以分别切割出两条曲边。

当然，所述上刀轴和下刀轴上的切割刀盘和弹性体压盘为多组，可以切割成多条带材。

图5则示出了另一种准确控制刀具支架横向移动的自动横向进给调节机构，所述自动调节装置包括安装在机架上的伺服电机或步进电机，所述伺服电机或步进电机输出轴安装主动齿轮51，所述刀具支架11上安装有与所述齿轮51啮合的齿条53，还包括控制电机的控制器以及位置传感器。电机驱动齿轮51转动，通过齿轮51驱动齿条53左右水平移动，以改变刀具支架的位置，从而改变切割位置。

图6则示出了另一种自动调节装置，包括安装在机架上的伺服电机或步进电机，所述伺服电机或步进电机输出轴安装主动齿轮61，机架上还安装有从动齿轮64，一个固定在所述刀具支架11上的同步内齿带62或链条安装在所述主动齿轮61和从动齿轮64上，还包括控制电机的控制器以及位置传感器。

如图7所示，机架41上还安装有导向机构71，为在非晶合金带材入料口左右两侧竖向安装的多个导向滚柱。装在开卷机70上的非晶合金带材通过导向机构71导向和限位后稳定进入切割刀盘14、19以及相应的弹性体压盘之间，被切割开并上下分离成两张带材721、722，分别通过收卷机731、732收卷。

需要说明的是：对于本实用新型各个实施例中所阐述的方法和装置，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种非晶合金带材切割刀具，其特征在于包括平行的上刀轴和下刀轴，上下刀轴上均安装有切割刀盘和弹性体压盘，所述上刀轴和下刀轴上的切割刀盘相错位排列，所述上刀轴上的弹性体压盘则与下刀轴上的切割刀盘相对，所述下刀轴上的弹性体压盘则与上刀轴上的切割刀盘相对，相对的切割刀盘与弹性体压盘形成带材承托夹紧机构。

2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于：所述弹性体的弹性模量为5-150达因/平方厘米，所述弹性体压盘的厚度为20mm-100mm。

3.如权利要求2所述的刀具，其特征在于：所述上下刀盘水平方向的切割间隙为0.001mm-0.050mm。

4.如权利要求1至3中之一所述的刀具，其特征在于：所述切割刀盘和弹性体压盘均为辊套，其长度为50mm-300mm。

5.一种非晶合金纵剪装置，包括机架和安装在机架上的切割单元，其特征在于：所述切割单元包括安装在刀具支架上的刀具，所述刀具支架通过滑轨安装在所述机架上，机架上还安装有调节所述刀具支架在滑轨上位移的自动横向进给调节机构，所述刀具支架上水平安装有平行的上刀轴和下刀轴，上下刀轴上均安装有切割刀盘和弹性体压盘，所述上刀轴和下刀轴上的切割刀盘相错位排列，所述上刀轴上的弹性体压盘则与下刀轴上的切割刀盘相对，所述下刀轴上的弹性体压盘则与上刀轴上的切割刀盘相对，相对的切割刀盘与弹性体压盘形成带材承托夹紧机构，刀具支架上还安装有驱动所述上刀轴和下刀轴同步反向转动的切割驱动电机和传动机构。

6.如权利要求5所述的非晶合金纵剪装置，其特征在于：所述切割单元为两组或两组以上，在所述机架上前后依次排列。

7.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述上刀轴和下刀轴上的切割刀盘和弹性体压盘为多组。

8.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述自动横向进给调节机构包括安装在所述机架上的伺服电机或步进电机，以及被所述伺服电机或步进电机驱动的丝杆，丝杆上装有丝杆螺母，所述丝杆螺母通过连接件与所述刀具支架连接，还包括控制所述伺服电机或步进电机的控制器以及检测刀具支架位置的传感器。

9.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述自动横向进给调节机构包括安装在机架上的伺服电机或步进电机，所述伺服电机或步进电机输出轴安装主动齿轮，所述刀具支架上安装有与所述主动齿轮啮合的齿条，还包括控制所述伺服电机或步进电机的控制器 以及检测所述刀具支架位置的传感器。

10.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述自动横向进给调节机构包括安装在机架上的伺服电机或步进电机，所述伺服电机或步进电机输出轴安装同步主动齿轮，机架上还安装有从动齿轮，一个固定在所述刀具支架上的内齿带安装在所述主动齿轮和从动齿轮上，还包括控制所述伺服电机或步进电机的控制器以及检测所述刀具支架位置的传感器。

11.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述切割驱动电机为调速电机，还包括转速控制器。

12.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述传动机构为传动齿轮组，或齿轮和链条构成的链传动组。

13.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述弹性体的弹性模量为5-150达因/平方厘米，所述弹性体压盘的厚度为20mm-100mm。

14.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述切割刀盘和弹性体压盘均为辊套，其长度为50mm-300mm。

15.如权利要求5或6所述的纵剪装置，其特征在于：所述机架上还安装有导向机构。 

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