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封切機幾何關系分析

來源：   日期：2014-10-13 14:36:35   瀏覽次數：

包裝封切機剪切按封切機理不同可以分為徑向加緊封切機剪切、軸向加壓封切機剪切、漸進封切機剪切、高速封切機剪切和自動稱重封切機剪切等幾種方式;按照采用刀具的數量可分為單面封切機剪切、雙面封切機剪切和多刃封切機剪切等。下面對一些使用比較廣泛的封切機剪切方式進行簡要的介紹。
高速封切機剪切是近幾十年發展起來的、國內外學者研究比較多的一種下料方法。一般都是在高速精密封切機上配以專用封切機剪切模具進行封切機剪切，其速度通常在3m/s以上。封切機剪切時，上剪刃在驅動載荷的作用下快速向下運動，與包裝接觸后在沖擊力的作用下快速剪斷包裝。一般認為，由于加載速度的提高，相對降低了材料的斷裂韌性，提高了材料的斷裂脆性，使得封切機剪切的變形區變窄，從而提高了封切機剪切斷面的質量。已有的研究成果表明，在加載速度達到4-5m/s時，包裝封切機剪切斷面質量能夠顯著提高。
如前所述，速度和封切機剪切區材料的受力狀態是影響毛坯斷面質量的兩個關鍵因素，從斷裂力學的角度考慮，可以認為封切機剪切速度的提高導致材料脆性的提高，從而使封切機剪切部分的材料產生應力集中，裂尖的應力奇異性使得高速封切機剪切可以近似地看作是具有預制切口的封切機剪切變形，為實現裂紋沿預封切機剪切面方向開裂和擴展提供了有利的導向作用，從而大大改善封切機剪切后斷面的質量。但高速封切機剪切并不是意味著速度越高封切機剪切質量越好，速度過高可能會由于封切機剪切過程中的熱量不能迅速傳出，而造成坯料的溫度急劇升高，使得材料的塑性提高而使速度的優勢得不到體現，而且對不同的材料來說，其II界脆性斷裂的速度是不相同的。就是同一種材料當封切機剪切條件不同時，臨界脆斷速度也將發生變化。所以，應該在其他封切機剪切參數合理的情況下，適宜地提高封切機剪切速度。
原來的封切機剪切方式多為自由封切機剪切。自由封切機剪切時包裝的包裝端和坯料端都完全處于自由狀態，由外加載荷帶動動剪刃向下運動完成整個封切機剪切過程。這種封切機剪切方式在精密封切機剪切工藝發展以前是使用最為廣泛的封切機剪切方式，其模具簡單、生產效率高、材料損耗少。但其所得到的封切機剪切毛坯斷面質址也最差。因為封切機剪切力作用在包裝上時產生一個彎曲力矩，這樣封切機剪切的進行方向無法和原來的預定方向一致，使得斷面傾角、端面不平度都很大。因而這種封切機剪切方式在對毛坯精度要求較高的生產中是無法適應的，但對一些精度要求不高的情況不失為一種較好的封切機剪切工藝。
隨著高速封切機剪切的發展，人們逐漸認識到利用提高封切機剪切速度和改變材料的受力狀態來提高封切機剪切質量，提出徑向夾緊封切機剪切方式。徑向夾緊封切機剪切分為完全夾緊封切機剪切和局部限制封切機剪切.
完全夾緊封切機剪切的力學模型。包裝在封切機剪切的整個過程中始終處于夾緊狀態，使得材料始終處于三向受力狀態，僅存一個我們所需要的移動自由度.封切機剪切變形面小，獲得的毛坯斷面光滑平整，而且斷面傾角也較小。局部限制封切機剪切包括套筒模封切機剪切和單邊夾緊封切機剪切，這種封切機剪切方式相對于自由封切機剪切來說，斷面質量有所提高。它利用套筒模或單面夾緊限制了包裝端的上翹或坯料端的彎曲狀況，對一些對質量要求不高的封切機剪切情況還是比較適合的，它的模具形式比較簡單，不需專用的夾緊裝置。
一般認為，封切機剪切時在包裝的兩端施加軸向壓力使剪切過程中變形區材料的軸向壓力增加，靜水壓力增大，試件中原來的剛性區變為彈性變形區，從而改變了材料的塑性，抑制了封切機剪切裂紋向其他方向的發生和發展，保證剪刃沿預剪面方向的運動延續到封切機剪切的全部過程，提高了斷裂質量。軸向加壓封切機剪切工藝對一些塑性好、抗力較低的銅、鋁等有色金屬及其合金材料具有很大的優越性，能夠在很大程度上提高封切機剪切斷面的質量。但是，在包裝兩端施加軸向壓力首先會增加封切機剪切時的摩擦阻力，而要克服摩擦的作用就必須增加總的封切機剪切力;其次在封切機剪切過程中軸向壓力的加大，使得包裝端和坯料端對動、靜剪刃產生橫向推力，這就要求對動、靜剪刃預先施加一定的作用力來消除橫向推力對封切機剪切的破壞作用。這兩點原因就會對封切機剪切設備提出了更高的要求。另外，軸向應力的增大使得模具刃口磨損過快，降低了模具和刀具的使用壽命，還可能出現刀片咬刃和刃口與坯料粘連的現象。軸向加壓封切機剪切工藝對一定截面尺寸的軟材料有效，而對一些中強鋼和高強鋼進行剪切時，封切機剪切斷面質量還不是很理想。軸向加壓封切機剪切還受毛坯長度和工作臺長度的限制，畢競毛坯長度過長時，對毛坯的軸向加壓在工藝上是很難實現的。因為軸向加壓封切機剪切工藝在實際生產中的局限性，而無法廣泛應用，但如果能合理地利用其有利一面還是能夠提高封切機剪切質量的，山東大學的郝濱海等人利用斜面滑塊結構，增加徑向夾緊封切機剪切時包裝的軸向作用力，封切機剪切斷面質量有所提高，但加大了模具的復雜程度。
除上述的幾種封切機剪切方式外，還有自動稱重封切機剪切和漸進封切機剪切等方法。自動稱重封切機剪切是以毛坯的重量為目標定義的封切機剪切方法。采用該方法，包裝即使在徑向公差存在誤差的情況下，也可以得到重量公差一致的精鍛毛坯。但是，漸進封切機剪切對設備導向和定位精度的要求很高，還要有能產生很大壓力的包裝夾緊裝置。所以在實現工藝的設備設計上存在一定困難，在實際生產中具有一定的局限性。而漸進封切機剪切方法不同于上述的所有封切機剪切方法，封切機剪切時是通過動剪刃和靜剪刃的偏心回轉，使封切機剪切力沿旋轉方向依次作用在包裝上完成封切機剪切的。采用這種封切機剪切方法，包裝受到的封切機剪切作用力和變形比較均勻，可以獲得良好的封切機剪切質量，但由于漸進封切機剪切的設備在設計和操作上都比較復雜，因此在實際生產應用中也具有一定的局限性，而沒有被廣泛應用。