[发明专利]一种共轭刃面碎断剪设计方法

说明书

技术领域

本发明属于轧钢机械技术领域，涉及一种共轭刃面碎断剪设计方法。该方法基于剪切原理和共轭理论，设计的剪切刀具避免了刀刃干涉，根据剪切的钢板厚度和工艺要求的侧隙，可以通过调整下、上滚筒刀具的起始相位保证，且剪切间隙一致，刀具耐用度好。 

背景技术

碎边剪是中厚板轧制生产线的核心设备，在中厚板生产线中位于圆盘剪之后，用于剪切圆盘剪剪下的废边，有利于废边收集和回收。滚筒式碎边剪是应用广泛的一种碎边剪，随着现代化钢材生产产量和钢材品种不断增加，同时要求轧钢生产向高速、连续化生产方式转变，滚筒式碎边剪的设计制造要求更高。中国从20世纪70年代开始引进碎边剪设备。现今，碎边剪是冶金业中十分重要的一类机械设备，广泛应用于剪切工艺、连续式轧钢生产线上。随着轧制节奏的不断加快，碎边剪的故障率凸显出来，已经成为制约生产率的主要问题。 

滚筒式碎边剪的剪切机构由两个转速相同的驱动轴驱动，在两根驱动轴的端部装有下、上两个滚筒，下、上滚筒轴线平行，每个滚筒上镶有多个剪切刀具，随着下滚筒和上滚筒做等速旋转运动剪刃副做共轭啮合运动，金属板边在下、上滚筒间做平移运动，实现钢板边被剪断。剪刃副的剪切运动属于介质共轭的范畴。 

传统的滚筒式碎边剪的刀具不考虑共轭条件，刃形多为斜直线、前刀面多为斜平面，在剪切钢板时刀刃或发生干涉，或剪切间隙不一致；从而出现剪刃快速磨损，甚至崩刃，使刀具使用寿命降低；并且出现剪切力增大，导致剪切机的传动系统破坏现象发生。 

为了解决传统的滚筒式碎边剪刀具的刀刃干涉问题，工程师们设计了各种新型的刀刃形状，如螺旋线刀刃、椭圆线刀刃等，但是鲜见其设计方法；为了解决传统的滚筒式碎边剪刀具在剪切过程中剪切间隙不一致的问题，工程师们往往多采用添加一些辅助装置，调整刀具的安装位置来修正剪切间隙、或采用经验公式来设计剪切间隙，但未从刀具设计的根源上找到解决问题的办法。 

本发明提出的一种共轭刃面碎断剪设计方法，基于剪切原理和共轭理论，在刀具设计的层面从根本上解决剪刃副的干涉与间隙不一致的问题。 

发明内容

本发明提供了一种共轭刃面碎断剪设计方法，基于剪切原理和共轭理论，解决了传统的滚筒式碎边剪在剪切钢板时出现的刀刃干涉、剪切间隙不一致的设计缺陷。 

一种共轭刃面碎断剪设计方法，解决技术问题采用技术方案如下： 

步骤1：建立坐标系：在下、上滚筒端面上，分别建立固定坐标系S(O:x,y,z)、动坐 标系S₁(O₁:x₁,y₁,z₁)和S₂(O₂:x₂,y₂,z₂)，S₁与S₂分别与下、上滚筒固联。O₁、O₂分别为下、上滚筒的回转中心，O与O₁始终重合。在起始位置，S与S₁重合；其中，各坐标系y轴与O₁、O₂连心线重合，z₁和z₂为回转轴的轴线方向，各坐标系x轴由右手法则确定。 

步骤2：构造镶在下、上滚筒上的剪切刀具的剪刃副共轭刃形。下、上滚筒轴线平行，分别以顺时针和逆时针方向转动且传动比为1，根据剪切原理，随着下、上滚筒的旋转运动剪刃副共轭啮合实现剪切钢板，剪刃副的刃形理论上为一对旋向相反的螺旋线，设其分别为左、右旋螺旋线，螺旋角β₁＝-β₂。 

步骤3：以剪切重叠区域为共轭区，确定滚筒的转角范围，非重叠区域为过渡区，共轭区对应滚筒的一个截面的转角范围为下滚筒为上滚筒为

其中：R为下、上滚筒刀刃半径，A为两滚筒的中心距。 

步骤4：根据步骤3，前刀面在共轭区为一对共轭螺旋面，剪切刀具前刀面用曲线坐标表示，用θ表示端面截形曲线参变量，用ψ表示柱面截形曲线螺旋线参变量。一对共轭螺旋面的前刀面分别在各自的动坐标系S₁或S₂中的方程的表达为： 

r_1,2＝r_1,2(θ,ψ)＝r_1,2(θ)cos(θ+ψ)i+r_1,2(θ)sin(θ+ψ)j+hψk   (1)