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平行剪切中设计参数对剪切性能的影响研究

平行剪切中设计参数对剪切性能的影响研究

作者：罗婧大连理工大学

学位级别：硕士

中厚钢板是国家制造业中必不可少的重要钢铁材料,是国民经济发展过程中重要的钢铁品种。随着我国对中厚钢板的需求逐年提高,对设备的生产效率要求也大幅上涨。轧钢整形生产线中极为重要的一步就是按指定尺寸切边。板材的剪切加工最简单... 详细信息

中厚钢板是国家制造业中必不可少的重要钢铁材料,是国民经济发展过程中重要的钢铁品种。随着我国对中厚钢板的需求逐年提高,对设备的生产效率要求也大幅上涨。轧钢整形生产线中极为重要的一步就是按指定尺寸切边。板材的剪切加工最简单,应用也最广。而目前在生产实践中,剪切机工作时经常出现的各种连刀、堵边、切不动等生产故障大都是由剪切参数的设置不当所导致。由于板材的剪切加工过程中材料的变形集中在很小的区域内,且以断裂方式告终,使这一过程非常复杂。目前我国在剪切设计参数特别是剪切间隙对剪切质量的理论研究一般停留在相对粗糙的阶段,制约了生产的发展。因此,与之对应的应用理论研究,也显得越来越重要和紧迫。本文从重庆钢铁集团带钢生产线上采用的滚筒式碎边剪切机自投产后固定侧减速箱箱体频繁破坏、钢边切不断、剪刃崩坏的情况出发,通过实验推断出剪切扭矩过大是导致破坏的主要原因,然后对重钢采用的碎边剪建立了相应的理论模型,认为导致剪切力扭矩过大的主要原因是由剪切间隙设置不当导致的剪切力峰值过大。指出选取合适的剪切间隙是剪切效果的关键因素。本文将复杂的剪切变形过程从微观变形形式以及断裂形式上与简单的拉伸变形、弯曲变形进行比较。在对剪切问题进行必要的简化后,利用复合-分解的原理,分析剪切变形的应力分布及特性。为了提取后续分析需要的信息,提出通过常用材料力能参数简化模拟拉伸曲线的方法。然后本文通过建立剪切间隙分析与应力-应变曲线之间的关系来反映其对于剪切性能的影响。分别从与剪切力峰值的关系和与剪切断面质量的关系两个角度入手。研究前者时,先从宏观角度分析相对间隙和切深对轧件转角的影响,再联合微观剪切强度理论,探讨相对间隙与剪切力峰值间的定量关系。研究后者时,选择分阶段分别研究剪切间隙对剪切断面特征带分布中圆角带、光亮带、断裂带的影响。对于圆角带,结合体积不变原理和几何关系分析,建立剪切间隙与圆角带高度间的定量关系。对于光亮带,基于前文中建立的剪切与拉伸应力应变曲线间的关系,被分为压入阶段带和滑移阶段带两个部分,分别建立其高度与相对间隙及材料性能参数之间的定量关系式。对于断裂带,则通过对裂纹萌生关键点的应力状态分析求解最大剪应力方向来探讨剪切间隙对裂纹萌生方向的影响。而后综上提出保证上下裂纹相遇和降低剪切能耗两种侧重点不同的间隙设计方法。此外本文还对于刀刃参数和轧件尺寸参数对于剪切效果的影响做了综述性探讨。前者以分析刀刃倾斜角以及锐利度对于剪切力的影响为主。后者则侧重于探讨尺寸参数对于断裂情况的影响来体现对于剪切效果的影响。随后本文采用两组剪切应力-应变实验曲线对前文中关于相对间隙、材料性能参数和剪切曲线切深特征值的之间的关系式进行了验证。理论分析表明,板材剪切加工涉及到很多复杂问题,通过分析剪切加工过程中的变形机理和裂纹扩展机制,简化研究关键工艺参数剪切间隙来预测或控制剪切时的受力峰值及剪切件的断面特征,有助于提高剪切质量,改善剪切性能。对相关问题还需要作许多深入细致的工作。

关键词：剪切设计参数剪切间隙剪切面特征带剪切应力-应变曲线最大剪切应力方

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304不锈钢板材横剪加工实验与仿真研究

304不锈钢板材横剪加工实验与仿真研究

作者：李慧广东工业大学

学位级别：硕士

随着船舶、石油化工、新能源汽车、IT等行业的飞速发展,金属板材的应用领域愈加广泛和高精度化,对其精密分切加工技术提出了更高的要求。在分切加工过程中剪切间隙与刃口过渡圆弧半径对金属板材加工质量有决定性的影响,深入研究并揭示... 详细信息

随着船舶、石油化工、新能源汽车、IT等行业的飞速发展,金属板材的应用领域愈加广泛和高精度化,对其精密分切加工技术提出了更高的要求。在分切加工过程中剪切间隙与刃口过渡圆弧半径对金属板材加工质量有决定性的影响,深入研究并揭示剪切间隙与刃口过渡圆弧半径对板材剪切过程的影响机理具有重要意义。本文以304不锈钢板为研究对象,首先,基于斜刃横剪剪切实验与数值模拟分析剪切间隙对304不锈钢板剪切过程的影响。结果发现:随着剪切间隙的增大,塌角高度和撕裂角逐渐增大,剪切带高度先增大后减小,断裂带高度先减小后增大,其中相对剪切间隙为4%时剪切断面质量最好。此外,板材塑性变形区域随剪切间隙的增大而逐渐增大,剪切间隙对板材剪切后的加工硬化程度也影响显著,沿剪切方向剪切边缘最大硬度先逐渐增大后逐渐减小,硬度在剪切带与断裂带的交界处达到最大。剪切力随剪切间隙的变化有其规律性,Z向剪切力F随着剪切间隙的增加先逐渐增大然后逐渐减小,Y向剪切力F随着剪切间隙的增大逐渐增加。其次,采用不同刀具刃口过渡圆弧半径对不同厚度304不锈钢开展剪切实验,分析了304不锈钢断面形貌、加工硬化及剪切力等特征。结果发现:刀具刃口过渡圆弧半径直接影响板材内部裂纹产生与扩展,随着刃口过渡圆弧半径的增大,不同厚度板材剪切断面形貌变化趋势基本一致,塌角和毛刺高度逐渐增大,剪切带高度先增大后减小,对于不同板厚的304不锈钢刃口过渡圆弧半径均在20μm时,剪切带高度达到最大;相对硬化层深度不断增大,但板厚不同剪切边缘最大加工硬化值存在差异;F不断增大,F基本呈先减小后增大趋势。板材越薄,受刃口过渡圆弧半径的影响越剧烈,剪切过程中所受拉应力越大,板材发生翻转的程度愈加明显。再次,结合实验与仿真进一步研究了上、下刀刃口过渡圆弧半径的大小组合对304不锈钢板剪切过程的影响,结果发现:在上、下刀刃口过渡圆弧半径都较小时,剪切区变形积聚,导致板材发生断裂,剪切带高度减小。反之,上、下刀刃口过渡圆弧半径都较大时,刀具切入板材难度增大,板材受拉伸弯曲作用明显,导致塌角增大,且塌角受上刀刃口半径的影响较为显著,而毛刺受下刀刃口半径的影响较大。此外,上下刀具刃口过渡圆弧半径不同组合对304不锈钢剪切质量有很大的影响,研究发现在上刀刃口过渡圆弧半径较小时,即使较大下刀刃口过渡圆弧半径也能得到较好剪切断面质量。最后,结合理论、实验与仿真研究了剪切间隙与刃口过渡圆弧半径协同作用对板材剪切断面质量、加工硬化程度、剪切力影响的显著性,建立了板材剪切加工过程中的力学模型。研究发现:刀具刃口过渡圆弧半径主要影响板材剪切断面塌角高度和剪切力大小,而剪切间隙对剪切带高度、断裂带高度、毛刺高度以及加工硬化层深度的影响更为显著。

关键词： 304不锈钢剪切间隙刃口过渡圆弧半径断面形貌加工硬化

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电工钢板材斜刃横剪边缘损伤机理研究

电工钢板材斜刃横剪边缘损伤机理研究

作者：王灿明广东工业大学

学位级别：硕士

本文基于斜刃横剪加工实验,研究了不同工艺条件对电工钢板材剪切断面毛刺、边缘硬化、磁性能等损伤规律,发现对0.23mm取向电工钢,当相对间隙（间隙板厚比c/t%）在4.3%.5%,断面质量相对较好,边缘损伤程度也较低。由于其晶粒沿轧制方向取... 详细信息

本文基于斜刃横剪加工实验,研究了不同工艺条件对电工钢板材剪切断面毛刺、边缘硬化、磁性能等损伤规律,发现对0.23mm取向电工钢,当相对间隙（间隙板厚比c/t%）在4.3%.5%,断面质量相对较好,边缘损伤程度也较低。由于其晶粒沿轧制方向取向的特殊性,磁性能表现出各向异性,越靠近轧制方向磁性能越好。对无取向电工钢,0.35mm板在相对间隙4.3%.7%,剪切带和断裂带高度变化幅度较小,损伤程度相对较低。对0.5mm和0.65mm板,除在较小间隙外,在适当的间隙范围5%%,也能获得相对较好的剪切断面,边缘硬化,磁性能损耗均较小。上述四种板厚的最大硬化影响区达600μm,且硬化不均匀,截面和板面两个方向的硬化影响深度基本一致,另外随剪切条数增加,剪切边缘损伤区域增多,磁性能越恶化,而剪切速度对断面质量影响不大。研究发现随剪切间隙变化,各板材的剪切断面形貌、毛刺、剪切边缘硬化以及磁性能损伤之间具有较一致的对应规律,建立了不同间隙剪切后宏观毛刺与微观损伤之间的相关性。对于取向和无取向电工钢,其区别不仅在于晶粒取向有无方向性,更重要的是不同板厚以及晶粒尺寸决定了其剪切性能的差异,板厚越薄,其晶粒尺寸越大,相应的抗剪能力越弱,也需考虑不同剪切间隙对变形的影响。利用XRD对不同间隙剪切样品进行织构分析表明,在相对较小和较大间隙时织构成分的含量对磁性能均不利,而处在中间的适当间隙时则表现出较好的织构质量,通过主成分分析进一步说明了随相对间隙变化,铁损、矫顽力与织构含量的变化存在可靠的线性关系。根据不同板厚的微观组织观察,引入尺寸效应因子λ=t/d,考虑不同板厚与晶粒尺寸的比值下材料变形的区别,进而建立侧向间隙与晶粒尺寸的关系模型,结合多晶材料的塑性变形理论分析了c/d1三种情况下材料变形的区别,进一步通过剪切边缘微观组织以及不同侧隙下剪切的受力情况分析,对上述模型进行验证,发现断面的塌角、剪切带、断裂带和毛刺的形成与材料的晶粒尺寸以及侧向间隙、板厚关系密切,通过c/d以及t/d的比值可以发现不同比值下,材料发生了不同的力学行为,从而导致了材料产生了不同的宏观断面,相应地影响了组织变形的程度,进而决定了剪切边缘硬化及磁性能损伤的程度。以剪切边缘磁畴结构观察为基础,通过纳米压痕法研究残余应力对磁畴结构的影响,发现剪切边缘磁畴改变与残余应力的分布具有较好的对应关系,残余应力不仅对磁畴宽度产生影响,更为重要的是改变了磁畴的形态。依据剪切边缘微观组织观察,建立了组织变形与取向变化关系模型,通过XRD检测分析,发现剪切在很大程度上影响了晶粒取向的改变,进一步研究发现晶粒取向随变形量的衍变主要由形核位置的改变而引起的,在不同的侧隙条件下形核位置的改变以及应力的共同作用引起了组织晶粒取向、织构的衍变,进而影响了磁性能。

关键词：电工钢斜刃横剪剪切间隙边缘损伤晶粒尺寸

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Maddock元件的混合性能的理论分析

大连工业大学学报 1987年第1期 15-21页

作者：朱春雁大连轻工业学院化学工程系

本文通过对熔料在 Maddock 元件中流动状态的分析,得出描述 Maddock元件的分散混合效果的数量特征(?)和分布混合效果的数量特征(?)的数学模型,从而对怎样使用 Maddock 元件才能使其效果更好提供了理论依据。

关键词：数量特征混合效果螺杆结构 Maddock 出料槽分散混合剪切间隙分布混合剪切速率剪切率混合性能

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屏障型螺杆的初步研究

塑料 1977年第4期 7-24页

引言随着我国石油化学工业的蓬勃发展,塑料产量将成倍增长,而且已从聚氯乙烯为主过渡到以聚烯烃为主。为此,研制挤出聚烯烃的高速高效螺杆已成为塑料加工中的一个重要课题。挤出用的聚烯烃包括了许多品种,单以聚乙烯来说,无论在流动性... 详细信息

引言随着我国石油化学工业的蓬勃发展,塑料产量将成倍增长,而且已从聚氯乙烯为主过渡到以聚烯烃为主。为此,研制挤出聚烯烃的高速高效螺杆已成为塑料加工中的一个重要课题。挤出用的聚烯烃包括了许多品种,单以聚乙烯来说,无论在流动性还是颗粒规格方面都有很大的变化幅度。从流动性来看,用以涂层

关键词：屏障型螺杆初步研究螺槽挤出物螺杆转速料流计量段剪切间隙混炼头挤出机压出机橡胶机械高压聚乙烯低密度聚乙烯剪切速率剪切率

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剪切机头——热风连续硫化技术

橡胶技术与装备 1987年第2期 7-14页

作者：陈伦纪北京化工学院

一、概述剪切机头—热风连续硫化是一种崭新的连续硫化方法。这一技术是由西德KRUPP公司于1979年首次开发成功的。我们对这一技术的工艺装备进行了试验研究,并已运用于实际生产。本文将系统地论述这种连续硫化系统的基本问题:挤出机的... 详细信息

一、概述剪切机头—热风连续硫化是一种崭新的连续硫化方法。这一技术是由西德KRUPP公司于1979年首次开发成功的。我们对这一技术的工艺装备进行了试验研究,并已运用于实际生产。本文将系统地论述这种连续硫化系统的基本问题:挤出机的选择及操作;

关键词：胶料配方转速芯轴横截面积环隙挤出机机头橡胶技术连续硫化硫化(橡胶) 高粘度剪切间隙硫化箱微波硫化硫化方法氯丁胶挤出物

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封闭式反方向切割

导弹与航天运载技术 1980年第4期 85-93页

作者：朱聘陆

采用本文介绍的切割法,能全无毛刺地切割扁金属材料。受切板以不同于通常切割时的方式进行切割;切割过程分成三个阶段,且各阶段的切割工件的切割方向均相反。

关键词：阴模切割工具反切法切割过程冲头剪切间隙切力顺续切割工序无毛刺

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钢材剪切力的计算

上海机械 1980年第9期 24-27页

作者：张惟善上海新新机器厂

钢材在常温下直线剪切力的计算,自二十世纪以来,已有不少学者进行过研究,并导出了一些公式,但各人的推导结果差异甚大。就拿目前国内大学教材来说,也没有统一的计算公式。因此,设计剪切机床非常需要一个通用的计算方法.决定剪切力的主... 详细信息

钢材在常温下直线剪切力的计算,自二十世纪以来,已有不少学者进行过研究,并导出了一些公式,但各人的推导结果差异甚大。就拿目前国内大学教材来说,也没有统一的计算公式。因此,设计剪切机床非常需要一个通用的计算方法.决定剪切力的主要因素钢材直线剪切型式,一般可归纳为以下三种:(1)平口剪切(见图1):在剪切的全过程中,上剪刀板恒定平行于下剪刀板。(2)斜口剪切(见图2):在剪切的全过程中,上、下剪刀板之间,保持有固定的剪切夹角φ,这样能使钢材连续剪切。(3)鳄剪(见图3):它的剪切是沿转动支点作摆

关键词：平口刀板剪切型刃口切刀钢材剪切间隙

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新型螺杆的研究与设计第二讲

合成纤维 1983年第5期 35-39页

作者：郭英赵式英邵申玲高辉北京化纤工学院

三销钉型螺杆设计与研制 1.工作原理所谓销钉型螺杆,就是在螺杆的某一部位或某几个位置上设置一定数量的销钉。它属于分流型螺杆的一种。销钉可以由外部压配进去,也可以是在螺杆上直接加工出来。销钉形状有圆形、矩形、棱形或铆钉形... 详细信息

三销钉型螺杆设计与研制 1.工作原理所谓销钉型螺杆,就是在螺杆的某一部位或某几个位置上设置一定数量的销钉。它属于分流型螺杆的一种。销钉可以由外部压配进去,也可以是在螺杆上直接加工出来。销钉形状有圆形、矩形、棱形或铆钉形。这些销钉在螺杆上的位置不同,则其作用原理也不完全相同。

关键词：销钉螺杆槽深剪切间隙屏障型螺杆出料槽熔体温度计量段