[其他]“张力剪切”金属的方法

说明书

本发明属于一种切断金属的工艺方法。

在机械制造工业和冶金工业中，常常需要将金属材料切成一定的长度，为进一步运输、储放或加工创造条件。这种工序被称为剪断工序，用于剪断金属的机械被称为剪切机。

目前现有的剪切机，不论是平行刃式剪切机或是斜刃式剪切机，它们的剪切操作过程都是将被切件放置在剪切机的上、下剪刃之间，然后驱动上刃或下刃，使上、下剪刃相互靠近，将夹在其间的被切件切断。然而，这样的剪切操作过程，由于剪刃弹性、剪刃塑性压入被切件，使被切金属在受剪面上产生塑性剪切滑移和被切金属在受剪区域内萌生裂纹，并且，裂纹扩展和裂纹失稳扩展导致断裂。同时，由于剪刃塑性压入被切件，上、下剪刃对被切件的压挤，使被切金属将沿着被切断面横向流动，从而，改变了被切件受剪断面的形状。这样就使切头部分的金属由于断面形状的改变不能满足进一步加工的要求而白白浪费掉。在机械制造工业和冶金工业中，剪切操作是大量的操作工序，故极累起来，每年由此种原因而造成的金属浪费是十分严重的。这种浪费金属的传统剪切方法早已引起人们的重视，国内外曾经采用过套筒法。然而，套筒法虽然能够消除剪切时断面形状变化的缺点，但是，就目前技术而言，对于每一次具体的剪切操作，都要选择适合被切件断面形状的套筒，剪切前要将被切件套上套筒，剪切后要从被切件上取下套筒，这样，必然增加剪切操作工序，直接影响了剪切机的生产能力。同时，在冶金工业和锻造工业中，经常剪切处于高温状态下的金属，因此采用套筒法更为不便。

本发明的目的是：为了克服已有技术的缺点，提高被切件受剪断面的质量，防止切头部分金属浪费，简化工艺过程，提高剪切机的生产能力。

本发明的解决方案是利用应力状态对金属机械性能和断裂特性的影响，采取“张力剪切”，所谓“张力剪切”，即被切件在受拉伸的状态下进行剪切。由于纵向张力的作用，受剪面上的金属不能沿着横向流动，所以使被切件的受剪断面不改变形状。

在剪切过程中，剪切力是变化的，最大剪切力产生于剪刃塑性压入金属的阶段。根据塑性理论，在纵向张力的作用下，降低了剪刃塑性压入金属的变形阻力，所以降低了剪切过程中的最大剪切力。同时，根据断裂力学的理论，在纵向张力的作用下，金属的断裂将提前发生。因此，将剪切力降低和断裂较早两个效果结合起来，从而导致了剪切功和剪切功率的降低。按本发明设计新的或改造旧的剪切机，都能降低设备重量和剪切能耗。

本发明“张力剪切”金属方法的具体操作是：首先根据要求将被切件放置在上、下剪刃之间，再用液压传动的夹紧装置的钳口，分别夹在受剪面前后两端的被切件上，然后由液压传动的张力装置拉伸被切件，使被切金属体内产生等于屈服极限的拉应力，简称为张力。最后，再用上、下剪刃将被切件剪断。被切件被剪断后，由液压传动将夹紧装置松开，同张力装置一起退回原位，等待下一次剪切操作。

本发明采用了所属技术领域里普通技术人员能够实施的常规的工艺方法，因此对于本学科的专家来说，他们可以对本发明的“张力剪切”金属的方法进行各种各样的改变，但是最终总离不开本发明的实质和范围。

本发明的“张力剪切”金属方法，使被切件受剪断面切口平整、不变形，有效地防止切头部分金属的浪费，使剪切机既能常温下剪切，又能高温下剪切，适用性强，而且简化工艺过程，降低剪切功和剪切功率，显著提高了剪切机的生产能力。

本发明从附图中更加清楚说明“张力剪切”的显著特征。

图1是张力剪切系统平面布置示意图。

在图1中，1受剪面，2夹紧装置，3张力装置，4上剪刃，5下剪刃，6被切件。

实施例：

在0.588兆牛（60吨）平刃、斜刃两用实验剪切机上，用平行刃剪切的方式，进行了常温下和高温下的张力剪切实验。

常温下剪切的试件为两种钢种：一种为低碳钢（含碳量为0.10%），另一种为高碳钢（含碳量为0.51%）;六种尺寸规格：低碳钢试件厚度H为4mm，宽度B为40、60、80mm，高碳钢试件厚度H为3mm，宽度B为40、60、80mm。

常温张力剪切实验证明，当张力等于该金属的屈服极限时，最大剪切力降低20～23%。

高温下剪切的试件为低碳钢，两种尺寸规格：H×B＝15×15mm及20×20mm。剪切时被切件的温度范围为850℃～980℃。

高温张力剪切后，切口平整，大大提高了受剪断面的质量。