[发明专利]金属板材圆盘剪分切加工三向力测量装置及其方法

说明书

技术领域

本发明属于金属板材圆盘剪分切加工技术领域，涉及一种将宽幅面的金属板材纵向分切成一组特定宽度用于金属制品成形加工的金属条带，特别涉及金属板材圆盘剪分切力的测量装置及其方法，用于测量不同工艺参数下的不同材质金属板材的三向分切力，可以测量金属板材直接分切剪断成条带或者是特定剪切滑移深度而不分离板材条带的三向力，以及剪切未分离条带经分断辊滚压分离的三向力。

背景技术

圆盘剪是纵向分切厚度3mm以下金属板材的重要加工方法,被广泛用于冶金、五金加工等行业，用于将宽幅面的金属板材分切成特定宽度金属条带。按其用途和构造可分为两大类:切边圆盘剪及分条圆盘剪。圆盘剪纵向分切机的主要性能参数之一为剪切力、剪切力矩和驱动功率，而圆盘刀的剪切力是计算剪切力矩和驱动功率的基础，是圆盘剪纵向分切机设计的依据。随着IT、电工电讯、办公机器、五金制品等行业的迅速发展，尤其是应用级进模高速冲裁技术的发展，对金属条带的尺寸精度、形状精度、毛刺等性能指标提出了更高要求，因此需要研究分切过程的机理和变形规律,进行材料应力应变状态的分析和优化，提高金属板材分切的质量、材料利用率以及生产率等，在理论上和工业应用上都有着重要的意义。

采用实验方法测量金属板材圆盘剪分切力，能够全面掌握圆盘剪剪切力特性以及组刀工艺等相关参数对分切力的影响，用于圆盘剪分切力学、材料分切断裂机理等理论研究，优化设计纵向分切机结构、关键零部件的强度刚度分析、驱动电机选型等，为优化新材料的分切工艺提供依据，提高分切加工质量和经济效益。

由于金属板材圆盘剪纵向分切机结构复杂，直接测量圆盘剪分切力一直很困难，鲜见有圆盘剪分切力测量的实验研究，因此大部分的金属板材纵向分切机的设计主要以分切力理论公式计算为参考，成为提高圆盘剪纵向分切机设计和制造水平的技术瓶颈。

发明内容

本发明的目的在于提出一种金属板材圆盘剪分切加工三向力测量装置，本发明能够实时测量金属板材圆盘剪分切加工时的三向力，解决了现有技术中金属板材圆盘剪分切加工三向力难以在线测量的问题，也可以测量未分离条带经分断辊滚压分离的三向力，填补了分断辊滚压分离加工三向力在线测量的空白。

本发明的另一目的在于提出一种操作简单，方便实用的金属板材圆盘剪分切加工三向力测量装置的加工方法。

本发明通过以下技术方案来实现：本发明的金属板材圆盘剪分切加工三向力测量装置，包括有上圆盘刀、下圆盘刀、上传动轴、下传动轴、机架、三向力测量平台，其中上传动轴固定在滑块上，滑块通过滑块移动机构固定在机架上，并且滑块能沿机架右侧板上下移动，能随同机架右侧板沿上传动轴左右移动，上传动轴上至少装配一组上圆盘刀、上橡胶环垫、上间隔环，且通过上液压锁紧螺母固定在上传动轴上，上间隔环安装在上圆盘刀和上橡胶环垫的两侧调节其轴向位置；下传动轴上至少装配一组下圆盘刀、下橡胶环垫、下间隔环，且通过下液压锁紧螺母固定在下传动轴上，下间隔环安装在下圆盘刀和下橡胶环垫的两侧调节其轴向位置；上传动轴和下传动轴分别与上伺服电机和下伺服电机的输出轴连接，上伺服电机固定在在机架上，下传动轴及下伺服电机安装在三向力测量平台上，上伺服电机和下伺服电机与伺服电机控制系统连接，伺服电机控制系统控制两个伺服电机带动上传动轴和下传动轴同步反向旋转 ,实现与生产实际相同工况的圆盘剪分切加工；三向力测量平台测取安装在其上的下圆盘刀及下传动轴在分切过程受到的三向作用力，三向力测量平台与力信号处理系统连接。

本发明的金属板材圆盘剪分切加工三向力测量装置的加工方法，包括如下方法：

1）金属板材仅进行圆盘剪分切加工时，圆盘刀加工采用轴向正间隙值、径向负间隙组刀，金属板材在上圆盘刀切削刃和下圆盘刀切削刃的作用下沿板材厚度方向相对滑移产生塑性变形，由于圆盘剪的轴向正间隙剪切区域板材在拉应力作用下形成裂纹并扩展贯穿后导致板材分离形成金属条带； 

2）金属板材先后进行圆盘剪分切加工和分断辊滚压加工时，圆盘刀采用轴向负间隙值、径向正间隙组刀，金属板材经过上圆盘刀和下圆盘刀时，由于圆盘剪的轴向负间隙剪切区域板材在压应力的作用下其一定厚度材料沿厚度方向被剪开，但不产生裂纹,形成沿厚度方向相互错开但仍粘联在一起并不分离的金属条带。拆卸圆盘刀，安装分断辊，对未分离条带进行分断辊滚压加工，调节上分断辊与下分断辊的径向间隙，使沿厚度方向错位滑移后的相邻金属条带经过分断辊间隙时在切口处沿剪切方向反向错位产生二次剪切，使其余未剪开材料再次剪切滑移产生塑性变形，实现条带滚压分离。