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1、第三单元第三单元第三单元第三单元下料下料下料下料课题二冲裁课题一剪切课题三气割及数控切割一、剪切设备一、剪切设备1.常用的剪切机械常用的剪切机械（1）龙门式斜口剪床子课题子课题1 1机机 械械 剪剪 切切 龙门式斜口剪床（2）横入式斜口剪床 横入式斜口剪床（3）圆盘剪床 圆盘剪床（4）振动剪床 振动剪床（5）联合剪冲机床 联合剪冲机床（6）液压传动剪板机 液压闸式剪板机（7）数控剪板机 数控剪板机2.剪切机械的简单分析剪切机械的简单分析（1）剪切机械的类型和技术性能可根据结构形式初步判断剪切机械属于哪种类型，再对其型号所表示的意义做详细了解。（2）剪切机械的传动关系分析剪切机械的传动关系时，通
2、常要利用其传动系统图。首先要在图中找出原动件和工作件的位置，然后按照原动件传动件工作件的顺序找出各部件间的联系，从而了解整个系统的传动关系。Q11-202000型龙门式 斜口剪床传动系统图1齿轮2制动器3离合器4带轮5电动机6导轨7上剪刃8滑块9曲轴（3）剪切机械的操纵原理剪切机械的操纵机构主要是控制离合器，制动器的动作。分析剪床的操纵原理，就是要分析踩下脚踏开关后，操纵机构如何使离合器、制动器动作，从而完成一个工作循环。这种分析通常利用操纵机构示意图进行，若能在分析过程中与剪床上操纵机构的实际工作状况相对照，则更有助于理解。Q11-202000型龙门式斜口剪床操纵机构示意图1凸轮2回复杠杆3
3、主控制轴4、7连杆5离合杠杆6重力锤8启动轴9起落架10电磁铁11脚踏开关12剪床主轴（4）剪切机械的工艺装备为满足剪切工艺的需要，剪切机械通常设置一些简单的工艺装备。如图所示为一般龙门式斜口剪床的工艺装备情况。一般龙门式斜口剪床的工艺装备情况1前挡板2床面3压料板4栅板5剪床滑块6上刀片7板料8后挡板9螺杆10床身11下刀片二、剪切加工基础知识二、剪切加工基础知识冷作工在生产中使用较多的是图所示的斜口剪。1.剪切过程及剪断面状况的分析剪切过程及剪断面状况的分析剪切时，材料置于上、下剪刃之间，在剪切力的作用下，材料的变形和剪切过程如图所示。斜口剪 剪切过程在剪刃刃口开始与材料接触时，材料处于弹
4、性变形阶段。当上剪刃继续下降时，剪刃对材料的压力增大，使材料发生局部的塑性弯曲和拉伸变形（特别是当剪刃间隙偏大时）；同时，剪刃的刃口也开始压入材料，形成塌角区和光亮的塑剪区，这时在剪刃刃口附近金属的应力状态和变形是极不均匀的。随着剪刃压入深度的增大，在刃口处形成很大的应力和变形集中。当此变形达到材料极限变形程度时，材料出现微裂纹。随着剪裂现象的扩展，上、下刃口产生的剪裂缝重合，使材料最终分离。如图所示为材料剪断面，它具有明显的区域性特征，分为塌角、光亮带、剪裂带和毛刺四个部分。塌角的形成是当剪刃压入材料时，刃口附近的材料被牵连拉伸变形的结果；光亮带是由剪刃挤压切入材料时形成的，表面光滑、平整；
5、剪裂带则是在材料剪裂分离时形成的，表面粗糙，略有斜度，不与板面垂直；而毛刺是在出现微裂纹时产生的。增大光亮带，减小塌角、毛刺，进而提高剪断面质量的主要措施是增大剪刃刃口的锋利程度，剪刃间隙取合理间隙的最小值，并将材料压紧在下剪刃上等。材料剪断面1塌角2光亮带 3剪裂带4毛刺2.斜口剪剪切受力分析斜口剪剪切受力分析根据上图所示的斜口剪剪刃的几何形状和相对位置，材料在剪切过程中的受力分析如图所示。材料在剪切过程中的受力分析3.斜口剪剪刃的几何参数斜口剪剪刃的几何参数（1）剪刃斜角j（2）前角（3）后角（4）剪刃间隙s剪刃合理间隙的范围4.剪切力的计算剪切力的计算（1）平口剪床剪切力的计算平口剪床的
6、剪切力可按下式计算：式中F剪切力，N；K折算系数；A剪断面面积，mm2；板料抗剪强度，MPa；b板料的宽度，mm；t板厚，mm。折算系数K主要是考虑实际剪切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=1.21.3。（2）斜口剪床剪切力的计算斜口剪床的剪切力可按下式计算：式中K折算系数，K取1.21.3；t板厚，mm；板料抗剪强度，MPa；j剪刃斜角，（）。三、剪切加工对钢材质量的影响三、剪切加工对钢材质量的影响1.窄而长的条形材料，经剪切后将产生明显的弯曲和扭曲复合变形，剪切窄而长的条形材料，经剪切后将产生明显的弯曲和扭曲复合变形，剪切后必须进行矫正。此外，如
7、果剪刃间隙不合适，那么剪断面粗糙并带有毛刺。后必须进行矫正。此外，如果剪刃间隙不合适，那么剪断面粗糙并带有毛刺。2.在剪切过程中，切口附近金属受剪切力的作用而发生挤压、弯曲复合变在剪切过程中，切口附近金属受剪切力的作用而发生挤压、弯曲复合变形，由此而引起金属的硬度、屈服强度提高，塑性下降，使材料变脆，这种形，由此而引起金属的硬度、屈服强度提高，塑性下降，使材料变脆，这种现象称为冷作硬化。硬化区域的宽度与下列因素有关。现象称为冷作硬化。硬化区域的宽度与下列因素有关。（1）钢材的力学性能。（2）钢板的厚度。（3）剪刃间隙s。（4）剪刃斜角 。（5）剪刃的锋利程度。（6）压紧装置的位置与压紧力。一、
8、剋切工具一、剋切工具剋切工具主要包括上剋子、下剋子。下剋子可根据实际情况利用废剪刃片或钢轨加工而成，如图所示。子课题子课题2 2剋切（含打大锤训练）剋切（含打大锤训练）下剋子a）废剪刃片b）用钢轨制成的下剋子上剋子1前面2后面3锤击端二、剋子的使用性能要求二、剋子的使用性能要求1.要有较高的硬度和耐磨性要有较高的硬度和耐磨性2.要有良好的韧性要有良好的韧性3.要有一定的使用寿命要有一定的使用寿命三、剋子的淬火方法三、剋子的淬火方法剋子的淬火是按照热处理工艺中的淬火工艺要求来进行的。淬火时，首先将剋子加热到800 左右，然后在水中快速冷却，完成淬火操作，紧接着进行回火，其目的是消除淬火应力，稳定
9、组织并提高韧性，以满足剋子的使用性能要求。一、冲裁过程分析一、冲裁过程分析冲裁时，材料置于凸模、凹模之间，在外力作用下，凸模、凹模产生一对剪切力（剪切线通常是封闭的），材料在剪切力作用下被分离，如图所示。冲裁的基本原理与剪切相同，只不过是将剪切时的直线切削刃改变成封闭的圆形或其他形式的切削刃而已。冲裁过程中材料的变形情况及断面状态与剪切时大致相同。子课题子课题1 1冲裁模具设计冲裁模具设计冲裁1凸模2板料3凹模4冲床工作台第一阶段为弹性变形阶段。第二阶段为塑性变形阶段。第三阶段为断裂分离阶段。裁变形过程a）弹性变形阶段b）塑性变形阶段c）、d）断裂分离阶段二、冲裁模具设计二、冲裁模具设计 1.
10、冲裁模具结构冲裁模具结构（1）凸模和凹模。（2）定位装置。（3）卸料装置（包括出料零件）。（4）导向装置。（5）装夹、固定装置。简单冲裁模1-模柄 2-上模板 3-导套 4-导柱 5、7-压板 6-下模板 8-凹模 9-定位销 10-凸模 11-导料板 12-卸料板2.冲裁模具间隙冲裁模具间隙冲裁模具间隙 冲裁模具的初始间隙（双面）mm3.凸模与凹模刃口尺寸的确定凸模与凹模刃口尺寸的确定（1）落料时，因为落料件的光面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，所以应先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准。（2）冲孔时，因为孔的光面尺寸与凸模刃口尺寸相等或基本一致，所以应先确定凸模刃口尺寸，即以凸模刃
11、口尺寸为基准。冲裁件尺寸与凸模、凹模尺寸的关系 规则形状（圆形、方形）冲裁凸模、凹模的制造公差 mm 磨损系数X落料、冲孔时各部分尺寸及公差的分布状态a）落料b）冲孔一、冲床一、冲床1.冲床的分类冲床的分类冲床的分类方式有多种，主要有按滑块驱动力不同划分、按滑块运动方式划分和按滑块驱动机构划分等几种方式。若按滑块驱动力不同来划分，冲床有机械式和液压式两种。子课题子课题2 2板料环形冲裁板料环形冲裁2.冲床的结构冲床的结构曲轴冲床a）外形b）工作原理图1制动器2曲轴3离合器4大带轮5电动机6拉杆.7脚踏板8工作台9滑块10导轨11连杆3.冲床的技术性能参数冲床的技术性能参数（1）冲床的吨位与额定
12、功率（2）冲床的闭合高度（3）滑块的行程（4）冲床工作台面尺寸4.新型冲床新型冲床（1）数控冲床数控冲床a）液压式数控冲床b）电伺服式数控冲床c）机械式数控冲床（2）精密冲裁冲床齿圈压板精密冲裁原理1凸模2V形齿圈压板3被冲板料4顶杆5凹模6下模座FC冲裁力FY压料力FD反顶压力（顶件力）FY齿圈产生的压料分力自动高速冲床二、冲裁力二、冲裁力1.冲裁力的概念冲裁力的概念冲裁力的大小是选择冲压设备能力和确定冲裁模强度的一个重要依据。冲裁力是冲裁时凸模冲穿板料所需的压力。在冲裁过程中，冲裁力是随凸模进入板料的深度（凸模行程）而变化的。冲裁力变化曲线影响冲裁力的主要因素是材料的力学性能、厚度、冲裁件
13、轮廓周长及冲裁间隙、刃口锋利程度与表面粗糙度等。综合考虑上述影响因素，平刃冲裁模的冲裁力可按下式计算：式中F冲裁力，N；K系数；L冲裁件周长，mm；t材料厚度，mm；材料抗剪强度，MPa。系数K是考虑实际生产中的各种因素而给出的一个修正系数。2.降低冲裁力的方法降低冲裁力的方法（1）采用斜刃口冲模斜刃口冲模的配置形式a）、b）落料c）、d）、e）冲孔f）切口（2）采用阶梯冲模（3）采用加热冲裁金属材料在加热状态下的抗剪强度会显著降低，因此采用加热冲裁能降低冲裁力。用阶梯冲模三、冲裁加工的一般工艺要求三、冲裁加工的一般工艺要求 1.冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的
14、适用性，即冲裁加工的难易程度。良好的冲裁工艺性，是指在满足冲裁件使用要求的前提下，能以最简单、最经济的冲裁方式加工出来。工艺性良好的冲裁件，所需要的工序数少、容易加工，同时节省材料，所需的模具结构也简单，使用寿命也长。另外，工艺性良好的冲裁件，产品质量稳定，出现的废品少。冲裁件的工艺性主要包括冲裁件的结构与尺寸、精度与断面粗糙度、材料三个方面。2.合理排样合理排样排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样是否合理，将直接影响材料的利用率、冲裁件的质量、生产效率、冲模结构与使用寿命等。因此，排样是冲压工艺中一项重要的、技术性很强的工作。冲裁加工时的合理排样，是降低生产成本的有效途径。合理
15、排样是在保证必要搭边值的前提下，尽量减少废料，最大限度地提高原材料的利用率，如图所示。排样3.搭边值的确定搭边值的确定搭边是指排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料边缘之间留下的工艺废料。搭边虽然是废料，但在冲裁工艺中却有很大的作用：可以补偿定位误差和送料误差，保证冲裁出合格的零件；增加条料刚度，方便条料送进，提高生产效率；避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，提高模具使用寿命。搭边值的大小要合理。搭边值过大时，材料的利用率低；搭边值过小时，达不到在冲裁工艺中的作用。在实际确定搭边值时，主要考虑以下因素。（1）材料的力学性能。（2）冲裁件的形状与尺寸。（3）材料的厚度。（4）送料及挡料方式。（5）
16、卸料方式。4.可能冲裁的最小尺寸可能冲裁的最小尺寸零件冲裁加工部分的尺寸越小，则所需冲裁力也越小。但尺寸过小时，将造成凸模单位面积上的压力过大，使其强度不足。零件冲裁加工部分的最小尺寸与零件的形状、板厚t及材料的力学性能有关。采用一般冲模，在软钢料上所能冲出的最小尺寸为：圆形零件最小直径=t；矩形零件最小短边=0.8t；方形零件最小边长=0.9t；长圆形零件两直边最小距离=0.7t。氧乙炔焰气割是冷作工常用的一种下料方法。气割与机械切割相比具有设备简单、成本低、操作灵活方便、机动性好、生产效率高等优点。气割可切割较大厚度范围的钢材，并可实现空间任意位置的切割，所以在金属结构制造及维修中，气割得
17、到了广泛的应用。尤其对于本身不便移动的大型金属结构，应用气割更能显示其优越性。气割的主要缺点是劳动强度大，薄板气割时容易引起工件变形，切口冷却后硬度极高，不利于切削加工等，而且对切割材料有选择性。子课题子课题1 1气割气割一、气割的过程及条件一、气割的过程及条件气割是利用气体火焰的热能将工件待切割处加热到一定温度后，喷出高速切割氧气流，使待切割处金属燃烧实现切割的方法。氧乙炔焰气割就是根据某些金属加热到燃点时，在氧气流中能够剧烈氧化（燃烧）的原理实现的。金属在氧气中剧烈燃烧的过程就是金属切割的过程。1.气割的过程气割的过程氧乙炔焰气割的过程，由以下三个阶段组成。（1）金属预热。（2）金属燃烧。
18、（3）氧化物被吹除。2.气割的条件气割的条件（1）金属材料的燃点必须低于其熔点。（2）燃烧生成的金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，同时流动性要好。（3）金属燃烧时，能放出大量的热，而且金属本身的导热性要差。二、气割设备及工具二、气割设备及工具1.氧气瓶氧气瓶2.乙炔瓶乙炔瓶3.氧气减压器氧气减压器4.橡胶软管橡胶软管5.割炬割炬三、手工气割工艺规范三、手工气割工艺规范1.预热火焰能率预热火焰能率火焰能率的大小，应根据工件厚度恰当地选择。2.氧气压力氧气压力氧气压力应根据工件厚度、割嘴孔径和氧气纯度选定。3.气割速度气割速度气割速度必须与切口整个厚度上金属的氧化速度一致。4.预热火焰预热火焰
19、氧乙炔焰气割时的预热火焰，根据氧气和乙炔的混合比不同，分为碳化焰、氧化焰、中性焰三种。气割采用的是氧气和乙炔比例适中、火焰中两种气体均无过剩的中性焰或轻微氧化焰，在切割过程中要随时观察和调整火焰，以防止发生碳化焰。中性焰的温度沿轴线分布的情况如图所示，其最高温度可达3 000 左右，且对高温金属氧化或碳化作用极小。中性焰的温度分布手工气割有关工艺规范的确定可参考表。手工气割有关工艺规范的确定四、气割的机械化和自动化四、气割的机械化和自动化1.半自动气割机半自动气割机2.仿形气割机仿形气割机3.光电跟踪仿形气割机光电跟踪仿形气割机子课题子课题2 2数数 控控 切切 割割数控切割机是自动化的高效火
20、焰切割设备。由于采用计算机控制，因此使切割机具备割炬自动点火、自动升降、自动穿孔、自动切割、自动喷粉划线、切口自动补偿、割炬任意程序段自动返回、动态图形跟踪显示等功能。数控切割机具有钢板自动套料、切割零件的自动编辑功能，整张钢板所有零件的切割全部自动完成。下表为数控切割机的主要技术参数。数控切割机的主要技术参数一、数控切割工作原理一、数控切割工作原理所谓数控（NC），其全称是数字程序控制。数控切割就是根据被切割零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序，输入到设备的数控装置或控制计算机中，以控制气割器具按照给定的程序自动地进行气割，以切割出合格零件的工艺方法。数控切割机的工作流程如图所示。数
21、控切割机的工作流程图1.编制数控切割程序编制数控切割程序要使数控切割机按预定的要求自动完成切割加工，首先要把工件的切割顺序、切割方向及有关参数等信息，按一定格式记录在切割机所需要的输入介质（如磁盘）上，然后再输入切割机数控装置，经数控装置运算变换后控制切割机的运动，从而实现零件的自动加工。从零件图样到获得切割机所需控制介质的全过程称为切割程序编制。2.数控切割数控切割气割时，编制好的数控切割程序通过输入装置被读入专用计算机中，专用计算机根据输入的切割程序计算出气割头的走向和应走的距离，并以一个个脉冲向自动切割机构发出工作指令，控制自动切割机构进行点火、钢板预热、钢板穿孔、切割和空行程等动作，从
22、而完成整张钢板上所有零件的切割工作。二、数控切割机的组成二、数控切割机的组成数控切割机的组成如图所示，其组成可以概括为控制装置和执行机构两大部分。数控切割机的组成1.控制装置控制装置（1）输入装置（2）数控装置2.执行机构执行机构（1）驱动系统（2）机械系统（3）气割系统三、数控切割运动轨迹的插补原理三、数控切割运动轨迹的插补原理数控机床若按运动方式分类，可分为点位控制系统、直线控制系统和轮廓控制系统三类。数控切割机床的运动规律为运动轨迹（轮廓）控制，属于轮廓控制系统类。要形成几何轨迹或轮廓控制（通常是任意直线和圆弧），必须对二坐标或二坐标以上的行程信息的指令进给脉冲用适当方法进行分配，从而合
23、成出所需的运动轨迹，这种方法就是所谓的“插补”算法。在众多的插补方法中，较为成熟并得到广泛应用的是逐点比较法。逐点比较法最初称为区域判别法。它的原理是：数控装置在控制加工轨迹的过程中，逐点计算和判别加工偏差以控制坐标进给方向，从而按规定的图形加工出合格的零件。四、数控切割工艺与切割工艺过程分析举例四、数控切割工艺与切割工艺过程分析举例1.数控切割工艺数控切割工艺（1）切割前的准备工作（2）空车试运行（3）切割操作2.HMJ-000型龙门式数控火焰等离子切割工艺过程分析举例型龙门式数控火焰等离子切割工艺过程分析举例（1）HMJ-000型龙门式数控火焰等离子切割机（2）HMJ-000型龙门式数控火
24、焰等离子切割机切割工艺过程分析1）HMJ-000型龙门式数控等离子切割机切割前的准备2）HMJ-000型龙门式数控火焰等离子切割机空车试运行3）HMJ-000型龙门式数控火焰等离子切割机切割五、数控切割的优点五、数控切割的优点1.实现了切割下料的自动化实现了切割下料的自动化2.切割精度高切割精度高3.提高了生产效率提高了生产效率4.提供了新的工艺手段提供了新的工艺手段六、数控切割的应用六、数控切割的应用数控切割是从20世纪70年代开始推广应用的，现在已成为铆焊结构件生产过程中切割下料的主要工艺手段，切割钢板的厚度为1.5300 mm。从发展趋势来看，数控切割必将代替传统的手工切割下料。目前，数控切割在重型机器制造、造船等行业得到普遍应用，已充分显示出其优越性。我国一些重型机器制造厂具备数控切割手段后，生产制造的铆焊结构件的质量已达到国际先进水平。