一种月牙式挖边剪的剪切力的建模方法

技术领域

本发明属于挖边剪的剪切力的建模技术领域；尤其涉及一种月牙式挖边剪的剪切力的建模方法。

背景技术

在冷轧带材连续生产线中，用来剪切前后带材焊缝边部的剪切设备，通常称为挖边剪。该设备的剪刃多采用月牙形，故称月牙式挖边剪。连续生产线必备焊机，用于将前一卷尾部与下一卷头部焊接成一体。在焊机后必备挖边剪，用于平缓过渡带材宽度变化。因此挖边剪就成为了板带连续生产线中必备的工艺设备。月牙式挖边剪因其剪切线展开后为一曲线，一直未有系统的剪切力计算模型。在工程设计中，通常采用冲压剪切来粗滤计算其剪切力，或者采用有限元模型进行计算。故现有生产工艺还存在以下不足：(1)冲压剪切理论偏差大，计算准确率低；(2)有限元计算耗时，费用高并且灵活性低；(3)无现有成熟的计算流程及公式。

发明内容

本发明的目的是提供了一种月牙式挖边剪的剪切力的建模方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种月牙式挖边剪的剪切力的建模方法，包括以下步骤：

步骤1，根据月牙式挖边剪剪刃的形成过程，将剪刃曲线展开，建立弧长与弦高的图形坐标；

步骤2，根据图形坐标建立弦高与弧长对应的方程；

步骤3，根据方程求导，得到各个弧长上对应点的剪切角；

步骤4，根据斜刃剪计算公式，计算出月牙剪上各点处的剪切力；

步骤5，根据剪切力计算公式，得到剪切时最大剪切力的点，即作为月牙式挖边剪的设计依据。

优选地，步骤1中，所述月牙式挖边剪剪刃的形成过程为：一半径为R的分度圆被一倾斜轴线α平面切割，在平面与圆柱在圆柱面形成的圆弧为剪刃的剪刃圆弧，该圆弧为一椭圆的一部分。

优选地，步骤1中，所述曲线为按R为中心轴沿着圆周方向展开绘制展开后弦高与弧度的相关图形。如图9所示

优选地，步骤2中，所述建立弦高与弧长对应的方程的过程如下：

(1)X为沿着椭圆曲线行走的弧长，走过的弧度为

(2)X弧长对应在2R上所行走的距离为R-RcosB；

(3)整个2R的总高度为h＝2Rtanα；

(4)X所对应的高度为

(5)将

(6)

其中：T为模型圆柱半径，α为切削圆柱平面的倾斜角。

优选地，步骤4中，所述月牙剪上各点处的剪切角的计算过程为：

先计算各弧长点处对应的斜率为：

优选地，步骤5中，所述剪切力计算公式为诺沙里公式，该公式为：

其中，σ

h——被剪切带钢的厚度，单位为：毫米；

δ

z——切入深度；

y——系数，

一般说来，h≤5毫米，c＝0.07h；h＝10～20毫米，c＝0.5毫米；

α——刀片倾斜角(度)；

x——系数，

K

优选地，步骤4中，所述月牙剪上各点处的剪切力由诺沙里公式求出。

本发明具有以下优点：

(1)本发明根据剪刃圆弧的形成过程，将剪刃曲线展开，推导出剪刃圆弧曲线函数。

(2)本发明通过对剪刃曲线进行求导，最终求出剪刃曲线的斜率公式。

(3)本发明求出剪刃区域内斜率最小的点。

(4)按照斜刃剪诺沙里公式进行最大剪切力的计算。

(5)本发明方法为首次提出计算流程及相应函数，流程简单，公式准确。

(6)本发明方法为各类挖边剪剪切力的计算提供了模板式流程。

附图说明

图1是本发明建模方法所涉及的挖边剪设备在工作中的布局示意图；

图2是本发明建模方法所涉及的挖边剪设备使用后产品效果图；

图3是本发明建模方法所涉及的挖边剪设备的主视图；

图4是本发明建模方法所涉及的挖边剪设备的立体图；

图5是本发明建模方法所涉及的挖边剪设备的上剪刃平面立面示意图；

图6是本发明建模方法所涉及的挖边剪设备的上剪刃平面俯视示意图；

图7是本发明建模方法所涉及的挖边剪设备的下剪刃平面立面示意图；

图8是本发明建模方法所涉及的挖边剪设备的下剪刃平面俯视示意图；

图9是本发明建模方法展示图；

附图中，1-底座，2-废料输送机构，3-左挖边剪本体，4-中间托辊，5-右挖边剪本体，6-剪切液压缸，7-上剪刃，8-下剪刃，9-沉孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。

实施例

本实施例涉及一种月牙式挖边剪剪切力计算的建模方法，包括以下步骤：

步骤1)根据月牙式挖边剪剪刃的形成过程，将剪刃曲线展开，建立弧长与弦高的图形坐标，如图9所示；

步骤2)建立弦高与弧长对应的方程，步骤如下：

(1)X为沿着椭圆曲线行走的弧长，那么它行走过的弧度为

(2)X弧长对应在2R上所行走的距离为R-RcosB；

(3)整个2R在图1上的总高度为h＝2Rtanα；

(4)X所对应的高度

(5)将

(6)

其中：T为模型圆柱半径，α为切削圆柱平面的倾斜角。

步骤3)根据方程求导得到各个弧长上对应点的剪切角，各弧长点处对应的斜率为：

步骤4)根据现有斜刃剪计算公式可计算出月牙剪上各点出的剪切力，斜刃剪的剪切力计算的诺沙里公式为：

σ

h——被剪切带钢的厚度(毫米)；

δ

z——切入深度；

y——系数，

一般说来，h≤5毫米，c＝0.07h；h＝10～20毫米，c＝0.5毫米；

α——刀片倾斜角(度)；

x——系数，

K

步骤5)根据步骤4)的剪切力计算可得到剪切时最大剪切力的点，此处的剪切力作为月牙式挖边剪的设计依据。

如图1、图3和图4所示，某厂家一种典型式月牙式挖边剪的结构包括：底座1，废边输送机构2，左剪切机本体3，中间托辊4，右剪切机本体5、剪切液压缸6、上剪刃7和下剪刃8组成。左、剪切机本体3、右剪切机本体5通过直线导轨固定在底座1上，通过剪切液压缸6左右移动。废边输送机构2置于底座1的内部，用于将左、剪切机本体3、右剪切机本体5剪切下来的月牙废边输送到设备的一侧。中间托辊4固定于底座1上，用于托住需要剪切的带材。挖边剪设备使用后产品效果图见图2所示。

月牙式挖边剪的工作过程为：剪切液压缸6驱动通过直线导轨链接在机架上的上剪刃7上下往复运动，下剪刃8固定在机架上。上剪刃7(设置有多个沉孔9，其中沉孔之间的间距L为125mm)与下剪刃8(设置有多个沉孔9)重合时有固定的剪切侧向间隙，上剪刃7运动到下剪刃8完全重合时将带钢剪切掉。见图5-图8所示。

本发明的原理如下：

本发明对月牙式挖边剪的上剪刃圆弧曲线展开进行函数化，建立弧长与弦高的相关函数，通过函数可以求得剪刃圆弧上每一点得剪切角，通过斜刃剪的诺沙里公式求出每一点的剪切力，通过函数可以求出剪刃范围内的最大剪切力，此剪切力作为月牙式挖边剪的设计依据。通过上述原理进行月牙式挖边剪的剪切力建模，获得了准确的剪切力计算，为月牙式挖边剪的设计提供了理论依据，并且为各类挖边剪剪切力计算提供了模板。

本发明解决了月牙式挖边剪剪切力计算的模型，将复杂的模型转换成简单的模型，节省时间，并且费用低，灵活性高。

本发明首次提出一种月牙式挖边剪剪切力的建模方法，建模过程使用的各个数据容易得到，或者通过查询可以得到，因此不会因为过程中的数据测量误差影响剪切力数据，因此计算准确率高，精度高。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。