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摘 要：滚切式双边剪广泛应用于宽厚板生产线，采用斜刃剪方式对切边后的废料进行碎断处理，目前对双边剪主剪剪切机构及剪切力研究者颇多，相关文献已有不少可参考，而对于碎边剪的剪切力研究文献甚少。本文利用常用的斜刃剪剪切力计算公式即富姆公式及deform仿真软件对碎边剪剪切力进行了分析。分析结果表明富姆公式只适用于小间隙的剪切力计算。
关键词：双边剪;碎边剪;剪切力;仿真;deform
Abstract： The double side trimming shear is widely used in wide and heavy plate production line， and the waste material after edge cutting is broken by oblique blade shearing. At present， there are many researchers on the main shearing mechanism and shearing force of bilateral shears， and there are many relevant literatures for reference， while there are few literatures on the shearing force of side shears. In this paper， the shear force of slanting edge shearing is analyzed by means of Fumm formula and DEFORM software. The analysis results show that Fumm’s formula is only applicable to the calculation of shear force for small gaps.
Keywords： double side triming shear;scrap shear;cutting force;simulation;deform;
中图分类号：TF762，TG335.1 文献标识码：A 文章编号：
0.前言
滚切式双边剪用于将宽厚板生产线轧制后的钢板切除两侧不齐的边部至成品宽度，是宽厚板精整区的主要设备之一。目前使用较多的滚切式双边剪为三轴三偏心式滚切剪，兼顾了切边和废料碎断。其结构较为复杂，精度较高，布局紧凑。由于采用了滚切式剪切原理，剪切过程中上下剪刃重合度变化极小，剪切质量和剪切能力相比其它类型剪机要高 [1]。双边剪模型图参考图1。
双边剪碎边剪剪刃间隙调整机构是双边剪的重要部件之一，用于调整碎边剪的剪刃间隙。碎边剪剪刃间隙关系到剪切的质量和剪刃的磨损。实际生产中生产方更关心双边剪主剪的剪切质量，而对碎边剪的剪切质量并不关心，只需要能将主剪剪切后的废料碎断即可。目前对双边剪主剪剪切力研究者颇多，而对碎边剪剪切研究者甚少，本文将对其进行研究探讨。
1.碎边剪剪切力分析
双边剪碎边剪采用的是斜刃剪结构。其上剪结构见图1，采用了曲柄滑块机构设计形式。主减速机的三轴三偏心结构中有一根偏心轴作为曲柄滑块机构的曲柄给予动力。
双边剪的废料规格为：厚度6～50mm，宽度20～150 mm。碎边剪剪切力按富姆公式计算[2]，见下式：
上式中：F—剪切力（N）;h—钢板厚度（mm）;α—上碎边剪倾斜角（°）;σb—钢板冷态抗拉强度（Mpa）;此外f按下式计算：
上式中：c—上、下剪刃间隙（mm）。
根据双边剪设计可知：h=6～50mm;α=3.5°;c=0.5～8mm 。分别计算不同间隙c值时的f值，见表1和图3。，在不考虑剪切质量的情况下取c=0.4mm为固定值，不随钢板厚度进行调整，此时f=1.06。
双边剪最大剪切力6500kN。钢板冷态抗拉强度按如下计算：35mm厚度以下时可剪切冷态抗拉强度1200 Mpa钢板、35 mm-40mm厚度时可剪切冷态抗拉强度750Mpa、40 mm-45mm厚度时可剪切冷态抗拉强度630Mpa、40 mm-45mm厚度时可剪切冷态抗拉强度630Mpa。按0.4mm间隙计算后得出表2数据。按不同剪刃間隙计算后得出表3数据。
根据表2和表3的数据对比可以发现当剪刃间隙变大时，所需要剪切力也极大，表1数据更符合实际剪切能力，由此可见富姆公式适用于小剪刃间隙的计算，而对于大剪刃间隙。
2.剪切力有限元分析
本文采用deform软件对剪切力进行模拟，利用solidworks建立模型，将上碎边剪和下碎边剪的剪刃间隙设置为2mm，钢板厚度设置为20mm，钢板材料选择为Q345，然后将模型格式转成STL文件，导入到deform内，模型见图4。
对模型进行设置，将上碎边剪和下碎边剪设置为刚体，由于碎边剪剪切前废料还连接在刚板上，假定有虚拟压板将废料压在下碎边剪上，对上剪刃施加向下的剪切力，同时对虚拟压板施加压紧力，边界设置参考图5。对模型进行网格六面体划分，共划分27855个网格，132196个节点。
对剪切力的仿真计算结果见图6，随着剪切的逐步进行中，剪切力缓慢爬升，在0.0627s时达到最大剪切力，此时钢板被剪切部位的应力已达到其抗拉强度极限[3]，最大剪切约为1.35×106N，此后剪切力随着时间逐渐降低，deform在计算时并不会将废料切断，此时仿真中的两截废料之间有少许粘连，但废料已被切断。最大剪切力相比表2中的剪切力5613kN相差巨大，而和表53中的1960kN比较接近，再次印证富姆公式只适用于小间隙的剪切计算。
仿真过程中的钢板变形各阶段见图7，从图中可以发现由于剪刃间隙过大，废料的上表面剪切部位处出现明显的塌边现象，与实际情况相附合。
此外通过对虚拟压板的载荷跟踪可以发现其最大压紧力为7.81×105N，见图8，压紧力用抵抗剪切过程中带来的弯矩。实际剪切过程中由于废料与钢板连接，弯矩由钢板提供。
3.结语
滚切式双边剪采用斜刃剪方式对切边后的废料进行碎断处理，本文对碎边剪剪切力进行了分析。通常用富姆公式对斜刃剪的剪切力进行计算，而大部分文献在计算时将斜刃剪上、下剪刃的间隙设置过低，与实际应用不符。通过富姆公式对滚切式双边剪的碎边剪切力进行计算发现当间隙设置过大时计算结果失真。本文通过deform软件对剪切力进了仿真计算，计算结果表明富姆公式只适用于小间隙的计算，在剪切机设计过程中应初步对目标材料所需要最大剪切进行计算，并利用辅助软件进行模拟。
参考文献：
[1]周文战.新型滚切式双边剪结构设计 [J].一重技术，2011.03：8-9
[2]徐利璞. 冷轧带钢斜刃剪设计及分析[J]. 冶金设备，2014（01）：43-45.
[3]林新波. DEFORM-2D和DEFORM-3DCAE软件在模拟金属塑性变形过程中的应用[J]. 模具技术，2000（03）：75-80.
作者简介：
刘益俏（1984-），男，湖南省湘潭市，汉，专科，助理工程师，从事冶金轧钢机械专业。
关键词：双边剪;碎边剪;剪切力;仿真;deform
Abstract： The double side trimming shear is widely used in wide and heavy plate production line， and the waste material after edge cutting is broken by oblique blade shearing. At present， there are many researchers on the main shearing mechanism and shearing force of bilateral shears， and there are many relevant literatures for reference， while there are few literatures on the shearing force of side shears. In this paper， the shear force of slanting edge shearing is analyzed by means of Fumm formula and DEFORM software. The analysis results show that Fumm’s formula is only applicable to the calculation of shear force for small gaps.
Keywords： double side triming shear;scrap shear;cutting force;simulation;deform;
中图分类号：TF762，TG335.1 文献标识码：A 文章编号：
0.前言
滚切式双边剪用于将宽厚板生产线轧制后的钢板切除两侧不齐的边部至成品宽度，是宽厚板精整区的主要设备之一。目前使用较多的滚切式双边剪为三轴三偏心式滚切剪，兼顾了切边和废料碎断。其结构较为复杂，精度较高，布局紧凑。由于采用了滚切式剪切原理，剪切过程中上下剪刃重合度变化极小，剪切质量和剪切能力相比其它类型剪机要高 [1]。双边剪模型图参考图1。
双边剪碎边剪剪刃间隙调整机构是双边剪的重要部件之一，用于调整碎边剪的剪刃间隙。碎边剪剪刃间隙关系到剪切的质量和剪刃的磨损。实际生产中生产方更关心双边剪主剪的剪切质量，而对碎边剪的剪切质量并不关心，只需要能将主剪剪切后的废料碎断即可。目前对双边剪主剪剪切力研究者颇多，而对碎边剪剪切研究者甚少，本文将对其进行研究探讨。
1.碎边剪剪切力分析
双边剪碎边剪采用的是斜刃剪结构。其上剪结构见图1，采用了曲柄滑块机构设计形式。主减速机的三轴三偏心结构中有一根偏心轴作为曲柄滑块机构的曲柄给予动力。
双边剪的废料规格为：厚度6～50mm，宽度20～150 mm。碎边剪剪切力按富姆公式计算[2]，见下式：
上式中：F—剪切力（N）;h—钢板厚度（mm）;α—上碎边剪倾斜角（°）;σb—钢板冷态抗拉强度（Mpa）;此外f按下式计算：
上式中：c—上、下剪刃间隙（mm）。
根据双边剪设计可知：h=6～50mm;α=3.5°;c=0.5～8mm 。分别计算不同间隙c值时的f值，见表1和图3。，在不考虑剪切质量的情况下取c=0.4mm为固定值，不随钢板厚度进行调整，此时f=1.06。
双边剪最大剪切力6500kN。钢板冷态抗拉强度按如下计算：35mm厚度以下时可剪切冷态抗拉强度1200 Mpa钢板、35 mm-40mm厚度时可剪切冷态抗拉强度750Mpa、40 mm-45mm厚度时可剪切冷态抗拉强度630Mpa、40 mm-45mm厚度时可剪切冷态抗拉强度630Mpa。按0.4mm间隙计算后得出表2数据。按不同剪刃間隙计算后得出表3数据。
根据表2和表3的数据对比可以发现当剪刃间隙变大时，所需要剪切力也极大，表1数据更符合实际剪切能力，由此可见富姆公式适用于小剪刃间隙的计算，而对于大剪刃间隙。
2.剪切力有限元分析
本文采用deform软件对剪切力进行模拟，利用solidworks建立模型，将上碎边剪和下碎边剪的剪刃间隙设置为2mm，钢板厚度设置为20mm，钢板材料选择为Q345，然后将模型格式转成STL文件，导入到deform内，模型见图4。
对模型进行设置，将上碎边剪和下碎边剪设置为刚体，由于碎边剪剪切前废料还连接在刚板上，假定有虚拟压板将废料压在下碎边剪上，对上剪刃施加向下的剪切力，同时对虚拟压板施加压紧力，边界设置参考图5。对模型进行网格六面体划分，共划分27855个网格，132196个节点。
对剪切力的仿真计算结果见图6，随着剪切的逐步进行中，剪切力缓慢爬升，在0.0627s时达到最大剪切力，此时钢板被剪切部位的应力已达到其抗拉强度极限[3]，最大剪切约为1.35×106N，此后剪切力随着时间逐渐降低，deform在计算时并不会将废料切断，此时仿真中的两截废料之间有少许粘连，但废料已被切断。最大剪切力相比表2中的剪切力5613kN相差巨大，而和表53中的1960kN比较接近，再次印证富姆公式只适用于小间隙的剪切计算。
仿真过程中的钢板变形各阶段见图7，从图中可以发现由于剪刃间隙过大，废料的上表面剪切部位处出现明显的塌边现象，与实际情况相附合。
此外通过对虚拟压板的载荷跟踪可以发现其最大压紧力为7.81×105N，见图8，压紧力用抵抗剪切过程中带来的弯矩。实际剪切过程中由于废料与钢板连接，弯矩由钢板提供。
3.结语
滚切式双边剪采用斜刃剪方式对切边后的废料进行碎断处理，本文对碎边剪剪切力进行了分析。通常用富姆公式对斜刃剪的剪切力进行计算，而大部分文献在计算时将斜刃剪上、下剪刃的间隙设置过低，与实际应用不符。通过富姆公式对滚切式双边剪的碎边剪切力进行计算发现当间隙设置过大时计算结果失真。本文通过deform软件对剪切力进了仿真计算，计算结果表明富姆公式只适用于小间隙的计算，在剪切机设计过程中应初步对目标材料所需要最大剪切进行计算，并利用辅助软件进行模拟。
参考文献：
[1]周文战.新型滚切式双边剪结构设计 [J].一重技术，2011.03：8-9
[2]徐利璞. 冷轧带钢斜刃剪设计及分析[J]. 冶金设备，2014（01）：43-45.
[3]林新波. DEFORM-2D和DEFORM-3DCAE软件在模拟金属塑性变形过程中的应用[J]. 模具技术，2000（03）：75-80.
作者简介：
刘益俏（1984-），男，湖南省湘潭市，汉，专科，助理工程师，从事冶金轧钢机械专业。