板料剪切
出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《钣金技术手册》第554页（5272字）
(一)剪切方法及设备
剪切是利用剪板机将板料按需要剪裁成一定外形的毛料，以作为冲压成型的备料。剪切板料厚度小于20mm时用机械传动剪板机，超过20mm则用液压传动剪板机。其中，薄板机械剪切操作简单，剪切速度快，剪切材料边缘整齐、变形小，断口精度高，广泛应用于板料剪切下料。
1．板料剪切原理
板料剪切是在图8－1a所示的龙门式斜口剪板机上进行，剪切时上、下刀片往复运动完成剪切动作，其中在上刀片向下运动准备剪切时，通过偏心机构使压紧脚先压紧板料，防止错位或上下跳动，并利用挡料架定位板料，便于按预定规格和尺寸进行剪切。同时利用制动装置控制停车，使上刀片处于最高位置，并保持上导架运动的稳定性。安全保护装置可保证操作人员的安全，防止手臂受伤。
图8－1 Q11－20×2000型龙门式斜口剪床
a．结构图 b．传动简图 1．齿轮 2．制动器 3．离合器 4．带轮 5．电动机 6．导轨 7．剪刀 8．滑块 9．曲轴
图8－1b为龙门式斜口剪床的传动系统。在该系统中，电动机是原动件，曲轴连带滑块是工作件，其他均为传动件。剪切条料或由直线组成其他外形的毛料时，首先是电动机带动带轮空转，这时由于离合器处于松开位置，制动器处于闭锁位置，所以其余部分均未随之运动。
踏下脚踏开关后，在操纵机构作用下离合器闭合、制动器松开，带轮通过传动轴上的齿轮带动曲轴旋转，曲轴又带动装有剪刀的滑块沿导轨上下运动，与装在工作台上的下剪刀配合进行剪切。完成一次剪切后，操纵机构又使离合器松开、制动器闭合，从而使曲轴停转。
龙门式斜口剪板机只能用于剪切直线，如长方形、平行四边形、梯形、三角形等具有直线轮廓的低碳钢工件。若在较薄板料上，剪切各种曲线、直线外形和内孔的低碳钢件或有色金属件，可采用振动式剪床或圆盘式剪床。
2．板料剪切工艺装备
图8－2为一般龙门式斜口剪床的工艺装备，压料板可防止剪切时板料的翻转和移动，以保证剪切质量，由工作曲轴带动剪床滑块，在上刀片的上剪刃与板料接触前压紧板料，以完成自动压料，也可利用手动偏心轮等手动压料式压紧。
图8－2 龙、门式斜口剪床的工艺装备
1．前挡板 2．床面 3．压料板 4．栅板 5．滑块 6．上刀片 7．板料 8．后挡板 9．丝杆 10．床身
栅板是安全装置，可防止手或其他物品进入剪口引发事故；前挡板和后挡板在剪切时起定位作用，后挡板的位置可用丝杠调整，在床面上也可以装置定位挡板。在剪切数量较多、尺寸相同的零件时，利用挡板定位剪切，可提高生产效率并保证产品质量。
然而，在自动化程度高的剪床上剪切时，与其配套的工艺装备，应具有自动上下料，自动送进，自动定位和自动压紧等功能。
(二)板料剪切工艺
1．直线状毛料剪切
在龙门剪床上剪切时，为减少材料与剪刀的摩擦，一般都将上剪刃斜向安装(图8－3a)，剪刃后角α为1．5°～3°。斜刃安装多用于剪切宽而薄的直线状条料，剪切中不仅材料变形小，断口精度高，而且操作简单，送料方便，剪切速度快，应用最广(表8－1)。然而，若剪切窄而厚的条料时，切下的条料略微弯曲，需增加矫正工序，因此可改为平刃安装剪切(图8－3b)。
图8－3龙门剪床工作
a．斜刃剪切 b．平刃剪切 c．工作原理 1．斜剪刃 2．滑块 3．导轨 4．板料 5．工作台 6．下剪刃 7．上剪 8．滑块 9．导轨 10．板料 11．下剪刃 12．工作台
表8－1 各类剪床的技术特性
(1)一般宽度条料剪切：图8－3c所示，板料按划线或用后挡板定位，并用丝杠调整后挡板的位置；剪切时，压板先将板料压紧，然后将装有上剪刃的拖板下行，板料在上、下剪刃交错时被剪开，剪切断面一般不用后续加工，即可保证剪切质量。
(2)较大宽度条料剪切：当板料采用后挡板定位时，其外悬部分会因自重而下垂，且外悬量和板料厚度的比值B／t越大，定位误差也越大。因此，条料宽度超过300～400mm时，应采用前挡板定位，前挡板的位置可用通用测量工具或样板定位。
(3)梯形和三角形毛料剪切：剪切梯形和三角形毛料时，可利用侧挡板定位，如图8－4所示。
图8－4 用侧挡板的定位方法
2．曲线状毛料剪切
(1)振动剪切：如图8－5b所示，由于振动剪床的上下刀片均为倾斜状态，其夹角一般为20°～30°，上下剪刀的水平间距是料厚的1／4，且上剪刀至下止点时，上下剪刃间的重叠量很小，一般仅为0．2～0．5mm，所以剪切部分极短，能剪切板料上的各种曲线轮廓和内孔。
图8－5 振动式剪床
a．外形 b．结构原理 1．机架 2．传动轴 3．带偏心衬套 4．连杆 5．偏心转轴 6叉杆 7．轴 8．连杆 9．轴 10．刀座
振动剪床工作时，带偏心衬套的传动轴，通过连杆及叉杆组成的肘拐，经轴将电动机的旋转运动变为刀座的往复运动。同时滑动刀座又带动上刀片，至下止点时紧贴机架上的下刀片，在上下刃口的作用下进行剪断。
振动剪切时，上剪刃每分钟往复运动可达1500～3000次，其速度高似振动状。上剪刃的振幅，可用手柄转动偏心转轴加以调整；冲制内孔时上剪刃的抬刀运动，也可用手柄操作。剪裁外形时，按划线用手工平稳水平移动送进。
振动剪切操作简便，主要用于成型后零件的切边，也可用于剪切直线或曲线内外轮廓的毛料。但其刃口容易磨损，剪断面有毛刺，剪裁精度和生产率都较低，而且只能剪裁较薄的板料。例如，飞机上大型蒙皮等零件的切边、开口或装配过程中的修合，经常采用手提式振动剪剪切。
生产中也可采用剪切冲型机，简称冲剪机，仍为振动剪切，如图8－6所示，它以短行程和频繁的次数进行直线和曲线剪切。若增加行程和闭合高度，调整机构换上相应的模具还可以进行折边、冲槽、压筋、切口、成型和翻边等。
图8－6 冲剪机外形
(2)滚动剪切：滚动剪切常将滚刀斜置剪切下料(图8－7a)，上下滚刀的夹角为25°(图8－7b)，并且上下滚刀重叠部分很少(图8－7c)，一般仅为剪板厚度的0．2～0．3倍，板料瞬时受剪长度极短，剪切力较大。剪切过程中，板料转动所受限制很小，适合剪切各种曲线、直线外形和内孔。
图8－7 滚刀剪切
a．滚刀切料位置 b．滚刀夹角 c．滚刀重叠示意 1．上滚刀 2．下滚刀 3．板料
剪切前，根据板料厚度调整转速和滚刀间隙，若被剪板料厚度为t，则上、下滚刀的垂直间隙a=t／3，水平间隙b=t／4；若滚刀有重叠，则重叠高度h=(1／5～1／3)t。
剪切时，上下滚刀作同速反向转动，板料能在两滚刀摩擦力带动下自动送进，连续剪切，还能用手工操纵板料按划线剪切并在剪刃表面自由转动。但被剪材料弯曲变形较大，边缘有毛刺，剪切精度低，一般只用于剪裁精度要求不高、板厚仅为0．5～2．5mm的较薄毛料。
3．斜口剪刃几何参数
(1)剪刃斜角ψ：剪板机的剪刃斜角ψ值一般为2°～14°，龙门式斜口剪床ψ角为2°～6°，如图8－8所示；而横入式斜口剪床ψ角为7°～12°。斜角ψ值较大，剪切时被剪材料易发生弯扭变形，在宽板上剪窄条时尤其明显。
图8－8 斜口剪剪刃几何形状
α．剪刃后角 β．楔角 γ．剪刃前角 ψ．剪刃斜角 s．剪刃间隙
当ψ角增大到一定数值时，将因水平推力过大，使材料从刃口中退出而无法进行剪切。因此，为限制毛料变形，ψ角和γ角都不宜过大。
(2)剪刃前角γ：剪刃前角γ值是剪刃的一个重要几何参数，其大小不仅影响剪切力和剪切质量，而且直接影响剪刃强度。尽管γ角增大有利于使刃口锋利，但过大的γ角将导致离口力过大，而影响定位剪切。
因此，γ值应依据被剪材料性质不同而选取，一般可为0°～20°。例如剪切钢材时，斜口剪γ值通常在5°～7°。
(3)剪刃后角α：后角α的主要作用是减少材料与剪刀的摩擦，通常取α=1．5°～3°。当γ角与α角确定后，楔角β也就随之而定。
(4)剪刃间隙s：剪刃间隙s是为避免上、下剪刀碰撞，减小剪切力和改善剪断面质量，其大小必须合理，合理的间隙值是在一个尺寸范围内，上限称为最大间隙，下限称为最小间隙。
剪刃的合理间隙值，主要取决于被剪材料的性质和厚度，应按剪切材料的性质和厚度，选择合理的上下剪刃间隙(表8－2)。并且，一般剪切设备上还附有更具体的间隙调整数据，均可作为调整剪刃间隙的依据。
表8－2 剪刃的合理间隙范围(以对板厚的百分数表示)
4．剪切力的计算
由于在剪床性能铭牌上，已标出允许的最大剪切厚度，一般情况下不需要计算剪切力，但其允许的最大剪切厚度，通常是以20～30钢的强度极限为依据计算的，若待剪材料的强度极限范围高于或低于20～30钢时，则需要重新计算剪切力，以便确定可剪切板厚的极限，从而避免损坏机床。
(1)平口剪床剪切力的计算：平口剪床剪切力可按下式计算。
F=KAτ=Kbt
式中 F——剪切力(N)；
A——剪断面面积(mm2)；
b——板料的宽度(mm)；
t——板厚(mm)；
τ——板料抗剪强度(MPa)；
K——折算系数。
折算系数K主要是考虑实际剪裁中，剪刃的磨损和间隙、材料的厚度及力学性能的波动等因素对剪切力的影响。通常取K=1．2～1．3。
(2)斜口剪床剪切力计算：斜口剪床剪切力可按下式计算。
F=Kt2τ／2tanψ
式中 ψ——剪刃斜角(°)；
t——板厚(mm)；
τ——材料抗剪强度(MPa)；
K——折算系数。