擺式剪板機刀架設計計算

楊欣昌，楊方元，翟迪健

（1.北京航空航天大學 機械工程與自動化學院，北京 100191；2.欣瑞連科技（深圳）有限公司，廣東 深圳 518126）

1 概述

具有高的剪切精度，運動平穩可靠、結構簡單、外形美觀的新一代剪板機——液壓擺式剪板機日益得到重視。從近幾屆機床展覽會上參展的產品來看，發展擺式剪板機的趨勢有增無減。本文第一作者曾利用暑期社會實踐的機會，到我國西部專業沖剪機床廠生產實習，期間與主導開發Q12y-12×2500、Q12y-20×2500、QC12y-6×3200、QC12y-6×2500 等四種型號液壓擺式剪板機的本文第二作者廣泛交流探討，進行數據收集、整理及驗證等。

該類剪板機的主要設計、工藝難點在上刀架部分。為了實現剪切和便于加工裝配，一般做成如圖1所示的形狀。α 為前立板與垂直平面的夾角，x 為刀架回轉中心O 距下刀片的水平距離，y 為刀架回轉中心O 至下刀片的垂直距離。

擺式剪板機的下刀刃是一條水平的直線，為使刀架在擺動中實現上刀刃自左向右對板料的均勻連續剪切，上刀刃上所有點都必須沿著以刀架回轉中心O 為圓心，以剪切半徑R 為半徑的圓弧擺動。為了實現斜剪，上刀刃自左向右必須自水平傾斜一個角度，即上刀片刃口與下刀片刃口之間有一個夾角，通常稱之為剪切角，這里取剪切角為1.5°。所以，上刀刃所有點所在為一條圓柱螺旋線，如圖2 所示。

如上分析，上刀片刃口線應為一條大導程小升角的螺旋線，如圖2 中圓柱體上的螺旋線KM 即為刀架的刃口線（即刃片頂端母線）。

這樣，理論上的刀片形狀及尺寸應該是依這條KM 螺旋線為母線，與垂直面夾角α（后傾α），長度可以覆蓋有效剪切長度（約為2550mm），有一定寬度及厚度的弧形面。

實際生產中，要加工這樣的一個弧形面（大貼刀面應為弧形面）往往比較困難，特別是刀片因受其材質、熱處理、加工工藝等限制，不可能加工成整體的弧形刀面。按照習慣的加工方法，大、小貼刀面都按平面加工，而采用分段斜墊板將弧面墊出，也就是以折線代替弧線，這樣既滿足了加工要求，又能達到設計要求。該廠開發的四種產品均采用此法，實踐證明，以這種方法既簡便又可行，既經濟又實惠。

2 刀架后傾角度計算

如圖 3 所示，以 Q12y-12×2500 液壓擺式剪板機上刀架為例計算（按理想狀態，圓弧刀面計）。已知：空程23mm，刀架長2770mm，工作刀片長2550mm，超越行程5mm，剪切角 1.5°。

∴左右刀片的垂直：

M′D′=2550×sin1.5°=66.75mm

刀架右端點M 相對于左刀片K′的垂直距離 MD=(2770-110.5)×tan1.5°=69.64mm

回轉工作半徑：

將圖3 左端局部放大，如圖4 所示，過O 作水平線與MK 弧線交于H，E 為超越行程的上死點，則EB 段為刀架從左端到右端回轉角度α 的弧長（總行程弧長）。

綜上所述，為了保證刀架在下死點有足夠的超越量（即E 點運行到B 點時），刀架主體板與機架前立板之間有足夠的空間，設計刀架在上死點位置時前立板的理想后傾角度為 6°30′。

3 刀架幾何尺寸的計算

3.1 回轉中心O至刀架前立板垂線與左端點K的夾角計算

如圖5 所示刀架本體。圖5b中KM斜線即表示刀架后傾角度，按刀架后傾角度的計算，取α=6°30′，從回轉中心 O 作水平線與理想刃口線交于H;從O作KM垂直線,交KM延長線于L。

直角三角形LOK 中的∠LOK 即為后續計算左右翼板尺寸的基準角度。

3.2 按左端點K為回轉半徑R上的點，刀架后傾6.5°時，計算右端點M的回轉半徑OM

如圖5b所示，在直角三角形LOK中：

右端點M 的回轉半徑為OM。從M 點向OK 作垂直線交OK 于N 點，則：（與前面結果相差0.0005）

∴△左=OK-OM=900.347-894.631=5.716mm

上述△左=5.716mm 量即為按左端K 為基點計算時，K 點相對M 點應刨去或M 點相對K 點應墊出量。

3.3 取刀架中心位置對稱設計計算（與前述算法比較）

在圖6 中，K 為刀架最左端點，M 為刀架最右端點，假設OK 為水平線，則按前面刀架回轉角度計算結果：∠KOM =6°48′41″（6°30′+18′41″）。

取P 為KM 中間處，過P 作水平線與理想刃口線相交于P1。過P1作K1M1平行于KM，即依據刀架中心位置后傾 6.5°（刀架整體回轉角度 6°48′41″）為準，計算左右兩端K1和M1的回轉半徑差：△中=OK1-OM1

過P、P1點分別向OK 作垂線分別交于 Q、Q1點，過 M、M1點作 OK 垂線分別交于 N、N1點。

由圖示及計算可見，當按刀架中心位置對稱計算時，通過中間位置分析計算，OK1相對于OM1的超出量應為刨去量。

∴△中=OK1-OM1=903.946-898.218=5.728mm（與前面Ⅰ計算結果5.716 相差0.012mm）。

△中的5.728mm 即為OK1相對于OM1的超出量，或者分解為：左端K1應刨去3.599mm，右端M1應墊出2.129mm。

3.4 通過計算回轉中心O到左、右翼板的距離反推驗證

又知刀片離刀架貼合面的距離為32mm（其中刀片厚25mm，墊板厚7mm），如圖7 所示。

（1）從刀架最左端點K（K 在回轉半徑R上，見圖 7），后傾 6°30′作斜線 KL。過O點作KL垂線交KL于L點，則：

（2）從刀架最右端點 M′（M′在回轉半徑 R 上），后傾6°30'作斜線ML′（ML′平行于KL），延長OL 與ML′相交于 L′。

在圖 7 中，M 點到 OL 的垂直距離因=2770×tan1.5=72.535mm（即刀架全長左、右兩端的垂直距離）。

若考慮到O 點在圖示位置時刀片間隙為0.9mm，則：

∴△=h′-h=866.816-861.093=5.723mm（與前面3.2 計算結果5.728 相差0.005mm，與前面3.1 計算結果5.716 相差0.007mm）。

此處△值5.723mm 可作為左、右翼板下料時的尺寸依據，也即右翼板比左翼板長出的量。

4 結論

在Q12y-12×2500 液壓擺式剪板機的實際生產中，右翼板比左翼板長出8.03mm，這是因為該機型沒有采用對稱斜墊板之故。該機采用的斜墊左端比右端厚2.48mm，因此，△+2.48=5.723+2.48=8.203mm（與實際生產數據8.03 相差0.173mm，為計算誤差）。

建議：為修正計算誤差，應修改圖紙上刀片間板厚度差值2.48 為2.48-0.173=2.307mm，或修改左翼板尺寸891.9 為891.73mm（焊接圖，下料尺寸831.97改為831.8mm），該計算已在工藝上得到驗證。

[1]沈陽鍛壓機床廠，濟南鑄造鍛壓機械研究所，編譯.剪板機設計[M].1978.

[2]周 桓，陳 伶，胡建民.擺式剪板機刀架設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2004，39（1）.

[3]陳曼龍，騰德義.液壓擺式剪板機剪切力計算[J].機械設計與制造，2008，（3）.

[4]陳曼龍.液壓擺式剪板機刀片調整方法[J].鍛壓裝備與制造技術，2007，42（1）.