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圆管剪切原理和切刀圆角半径的确定
作者:湖南大学 钱书琨
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摘要:阐述了圆管剪断模外推力的几何条件,切断刀具应具有的几何形状,圆弧半径的确定方法;并解析了目前圆管切断断面质量及刀具形状。
关键词:圆管剪切;切刀;外推力;几何条件;圆角半径

圆管切断采用冲裁方法已很普遍了。关于圆管剪切的受力分析、切刃的几何形状、切刀圆弧半径的确定或弧半径与管半径之间联系等问题的解决,对于圆管切断模刀刃设计具有重要意义

一、圆管切断外推力的条件

为了保证管材在剪切过程不发生向内塌陷,必须使切刃对管壁始终产生一个由内向外的推力。

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图1

方管受力图如图1所示。在第1象限时,产生外推力的条件为:

θ<90°-β-α(1)

式中θ——方管上管壁与y轴夹角
α——摩擦角

由于是方管β=45°,则

0<θ<45°-α(2)

在第4象限时(图2),产生外推力的条件为:

(-90°-(α`-β`)<θ`<90°-(α`-β`)(3)

式中θ——切刃与y轴夹角
β——方管下管壁与y轴夹角
α=α为摩擦角

由于是方管β`=β=45°,故有

0<θ`<135°-α(4)

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图2

通过比较(2)式和(4)式可以看出θ包含θ,且(4)式比(2)式条件宽松,满足(2)式定能满足(4)式,因此综合得出外推力的条件为:

0<θ≤45°-α

管剪切时,产生外推力的条件,根据以上的推理可知只要满足式(1)即可,不过式中的θ与β角都必须变化,且θ定义为刀具形状切线与y轴夹角,β为管壁切线与y轴夹角,α仍为摩擦角,α=arctanμ。μ为钢对钢的动摩擦系数,在有润滑时为0.05~0.1,在无润滑时为0.15;钢对软钢在有润滑时为0.1~0.2,在无润滑时为0.2。为了安全,一般取μ=0.2,则α=11°19≈12°,则可得圆管剪切外推力几何条件为

0≤θ≤90°-12°-β

即0≤θ≤78°-β (6)

由图3可知γ+β=90°

即β=90°-γ(7)

将(7)式代入(6)式可得

0≤θ≤γ-12° (8)
或γ≥θ+12°(9)

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图3

当γ=45°时,如果刀刃形状能产生外推力,则γ>45°同样能产生外推力,故只需计算到γ=45°即可。

二、切刀形状和圆角半径的确定

根据剪切过程必须满足产生外推力的几何条件,将剪切刀片的刀尖和圆弧设计成如图4所示的形状。a、h及刀片厚度δ必须满足强度要求及有利于剪切条件。

在确定剪切刀片的形状参数时,关键是确定圆弧半径R1,其余参数可根据经验确定。

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图4

图5示出了剪切至A点时的状态,坐标系如图所示。由图的几何关系可得:

AB=Rsinγ
OB=Rcosγ

式中R—圆管半径

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图5

对刀刃而言,A点坐标为:

x1=R1cosθ
y1=R1sinθ

由图中几何关系可得

Rsinγ=α+R1(1-cosθ)

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式中R1——切刃圆弧半径

α=Rsinγ0=Rsinα(11)

由(10)式可知,剪切刀片切刃圆弧半径是变化的,不是定值,即刀刃的形状曲线不是圆形。不过为解决此问题,可采用另一途径,即取某一半径R1值代入(10)式,可以求出γ的角度值,然后验算看是否能满足(9)式,如能满足,则可行,如不行,说明必须另求其它曲线。不过其它曲线不能满足(7)、(8)式。

以剪切R=10mm的圆管为例进行计算。首先以R=10mm和α=12°代入(11)式,求得a=2.97mm。其次以R=10mm,a=2.1mm,R1=135.9mm代入sinγ=[R1(1-cosθ+a]/R,除在θ=5°~8°的范围内求得γ值不能满足(9)式外,在其它θ值下求得的值均能很好满足(9)式。根据以上分析,切断刀片可以选用一大圆孤半径作为刀刃的半径。图6画出了几种不同圆角半径刀片的形状。

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图6

从切断面质量要求来看,圆弧半径R1要大;从强度要求来看,圆角半径R1要小。对于剪切R=10mm的圆管来说,选用R1<59.32mm为宜。

三、结论

(1)通过分析,导出圆管剪切时产生外推力的几何条件。
(2)为确定剪切刀片刀刃圆弧半径R1提供了一种思路。

参考文献
[1]廖辉.正方形管材的剪切原理与切断模.模具工业,1986.(7)
[2]《机械设计》联合编写组.机械设计手册.北京:化学工业出版社,1969
[3]王树勋等编.冷冲压模具结构图册大全.广州:华南理工大学出版社,1994(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (4/1/2007)
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佳工网友 黄坤焯 (Email) 于1/13/2016 1:26:00 PM评论说:
直径10mmx0.3mm切口无毛刺不变型可以解决吗(电话:13702506698)


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