Барабанные летучие ножницы

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з В 23 0 25/12

QO

;О

j(d

О !

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21 4908241/27 (22 20.11.90 (46 23.03.93. Бюл. ¹ 11 (71 Новокузнецкий государственный педагогический институт (НГПИ) и Старо-Краматорский машиностроительный завод {СКМЗ) (72) А.К.Гребе, Ф.А.Фурманов, В,И,Рудерфев, В.П.Яшин и В.И.Белобров (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 776801, кл. В.23 0 25/12, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 23754, кл. В 23 D 25/12, 1980.

: (54) БАРАБАННЫЕ ЛЕТУЧИЕ НОЖНИЦЫ (57) Использование: обработка металлов давлением, прокатное производство, резка толстого проката в линиях широкополосных станов горячей прокатки. Сущность изобре.. тен я; верхний и нижний барабаны ножниц установлены в станине и связаны зубчатыми колфсами. В продольных пазах барабанов закреплены ножи. Режущие кромки ножей образованы пересечением рабочих поверхносТей ножей. Последние выполнены в виде участков поверхностей некруговых цилиндров с перекрещивающимися осями и формой, размерами и пространственным полфжением направляющих, соответствующиМи минимуму функционала максималь-.

Изобретение относится к обработке металлов давлением. в частности к прокатному производству, и может быть использовано при резке толстого проката в линиях широкопблостных станов горячей прокатки.

Целью изобретения является повышение производительности за счет оптимиза„„5U„„1803280 А1 ного приведенного момента ножниц maxc М (p, G, a, ф), минимизируемому по значениям параметра а, где p — обобщенная координата ножниц, характеризующая положение ножей и их режущих кромок при взаимодействии ножей в процессе резания;

G — совокупность геометрических параметров ножниц; а — совокупность параметров, характеризующих форму, размеры и пространственное положение направляющих каждого иэ цилиндров, образующих рабочие поверхности ножей; ф — параметры процесса резания, влияющие на величину приведенного момента резания ножниц.

Величина "ангенциального зазора между режущими кромками ножей положительна и не превышает заданной величины. Расстояния от осевого сечения ножниц до точек режущих кромок ножей в положении их касания сначала уменьшаются от середины ножей к их краям, а затем увеличиваются.

По краям эти расстояния больше, чем посередине, Точки режущих кромок, отстоящие на минимальном расстоянии, смешены от середины к краям на величину, определяемую из условия минимума функционала максимального приведенного момента резания ножниц, 1 з.п. ф-лы, 8 ил. ции формы и пространственного положения криволинейных режущих кромок ножей по моменту резания, расширение вследствие этого технологических возможностей, снижение металло- и энергоемкости ножниц.

На фиг.1 изображена принципиальная схема ножниц (фронтальная проекция); на

1803280 фиг.2 — поперечный разрез (барабаны условно не показаны) с обозначением геометрических параметров ножниц; на фиг.3 и 4 — рабочие грани ножей, образованные поверхностями цилиндров с перекрещивающимися осями; на фиг.5 — 8 — проекции режущих кромок соответственно верхнего и нижнего ножей с обозначением параметров, характеризующих форму направляющих каждого из цилиндров.

Барабанные летучие ножницы содержит верхний 1 и нижний 2 барабаны, установленные в одной вертикальной плоскости в расточках станины, замкнутые между собой зубчатыми колесами 4 и 5 и связанные с приводом, В продольных пазах каждого из барабанов 1 и 2 жестко закреплены ножи 6 и 7. Нижний нож 7 является задним по ходу металла.

Каждый из ножей 6 и 7 содержит рабочие грани, образующие своими пересечениями профили режущих кромок криволинейной формы пространственной ориентации, проходящие через заданные при проектировании пространственные опорные 25 точки P — N — D для верхнего и Š— F — E для нижнего ножа. Радиусы и координаты опорных точек определены в процессе проекти-- . рования в зависимости от принятых перекрытий ножей с учетом геометрии раз- 30 резаемых полос и требуемой формы среза и плане. С учетом ориентации ножей относительно разрезаемой полосы, режущая кромка 8 верхнего ножа 6 образована пересечением его передней 9 и нижней 10 35 рабочих граней, а режущая кромка 11 нижнего ножа 7 — пересечением его задней 12 и верхней 13 рабочих граней. Проекции криволинейных режущих кромок 8 и 11 во фронтальной проекции имеют вид двуплечих 40 кривых с заострением посредине, симметричных относительно середины ножей и проходящих через опорные точки 0 — и — О ; и соответственно Š— Р— Е, относящиеся к числу геометрических параметров ножниц. 45

Проекции режущих кромок 8 и 11 на плоскость, перпендикулярно к плоскости, проходящей через оси барабанов и параллельную этим осям, также имеют вид двуплечих кривых, проходящих через опорные точки D — N 50 — 0 и Š— F — Е соответственно, симметричных относительно середины ножей. Наличие симметрии в расположений криволинейных полупрофилей режущих кромок 8 и 11 и соответственно образующих 55 их рабочих граней 9, 10 и 12, 13 обусловлено требованиями геометрии и кинематики реза и позволяет рассматривать каждую часть г полупрофиля как самостоятельный элемент логической системы, Каждая кривая полупрофиля режущей кромки образована пересечением рабочих граней, выполненных в виде локальных поверхностей геометрически связанных с осями барабанов 12 некруговых цилиндров, с пересекающимися осями и оптимальной формой, размерами и пространственным. положением их направляющих. Совокупность геометрических параметров этих направляющих математически увязана с минимизированным значением приведенного момента резания ножниц.

Если средние точки N и соответственно

F режущих кромок ножей 6 и 7 связать с началом пространственных систем координат соответственно NXYZ (верхний нож) и

FXYZ (нижний нож) таким образом, чтобы оси Z были направлены вдоль. осей барабанов 1 и 2, а оси Y — - по линии центров барабанов, то ось цилиндра А, поверхность которого образует переднюю рабочую грань

9 верхнего ножа 6, будет направлена вдоль оси NY, а цилиндра Б, образующего нижнюю грань 10, — вдоль оси NX. Ось цилиндра

В, поверхность которого образует заднюю рабочую грань 12 нижнего ножа 7, направлена вдоль оси.FY, а цилиндра Г, образующего верхнюю рабочую грань 13, — вдоль оси FX.

Возможен вариант исполнения рабочих граней ножей в виде поверхностей цилиндров, оси которых перекрещиваются не под прямым углом, .Таким образом, процесс профилирования криволинейных режущих кромок при принятых радиусах (координатах) их опорных точек может быть представлен как определение геометрических параметров линий пересечения криволинейных поверхностей участков цилиндров А, Б, В, Г cîoòветственно, образующих рабочие грани ножей и проходящих через заданные опорные точки. Количество кривых, которые могут бмть проведены в каждой из координатных плоскостей через две известные точки, бесконечно велико, но некоторым установленным критериям всегда соответствует только одна кривая. Если в качестве такого критерия принять величину минимально возможных для данных параметров ножниц и процесса резания энергосиловых воздействий (условия или момента резания) при определенной максимально допустимой величине текущих значений тангенциального зазора между ножами, вопрос о форме и пространственном положении режущих кромок, удовлетворяющих этим требаваниям, может быть решен путем оптимизационного расчета, При этом форма используемых для оптимизации цилиндров

1803280

А, Б, В, Г может быть различной: круговые, эллиптические и другие. Очевидно, что по мере перехода от оптимизации более простых криволинейных поверхностей к более сложным эффект оптимизации последовательно снижается, а трудоемкость осуществления оптимизации и сложность изготовления ножей возрастает. В связи с этим класс подпадающих под оптимизацию крйволинейных поверхностей должен быть ограничен с учетом возможности осуществления оптимизации в рамках САПР и технологичности конструкции.

В качестве примера приняты эллиптические цилиндры А, Б, В, Г. Оптимальная форма и пространственное положение направляющей Ж цилиндра А и направляющей И цилиндра Б, образующих рабочие грайи 9 и 10 соответственно, имеют вид эллИпсов, проходящих через опорные точки

N и 0 и изображенных на фиг.4 и 5; Оптимальная форма и положение направляющих

К, Л цилиндров В, Г рабочих граней нижнего ножа 7 аналогична.

Геометрическими параметрами, характеризующими форму, размеры и пространственное положение направляющих кажДого из цилиндров А, В, В, Г, проходящих через опорные точки режущих кромок, являются следующие:

Z(1),,Y (1) — координаты центра направляющей И цилиндра Б нижней рабочей грани 10 верхнего ножа 6; с . (2), Y (2) — координаты центра направляющей Ж цилиндра А передней рабочей грани 9 верхнего ножа;

Z (3), У (3) — координаты центра направляюЩей Л цилийдра Г верхней. рабочей грани 1 нижнего ножа 7;

Z(4),,Y (4) — координаты центра направляющей К цилиндра В задней рабочей грани f2 н жнего ножа. ри этом принятые в рассматриваемом варианте эллиптические цилиндры А, Б в системе координат NXYZ описываются уравйениями: где полуоси а (1), Ь (1), а (2), b (2) определяются из условий прохождения цилиндров через опорные точки N и D, а цилиндры В и

Г в системе координат FXYZ — уравнениями

Ы:.Е.2. Й (() а (1) .Ь (1) + г

a (2) . Ь (2) где пОлуоси а (1), Ь (1), а (2), Ь (2) определяются из условий прохождения цилиндров через опорные точки M и D, а цилиндры В и

Г в систме координат FXYZ — уравнениеями (- z 3 1 (- Y 3 )1 а (3) . Ь (3) (2)

+ — 1 а (4) Ь (4)

10 где полуоси а (3), Ь (3), а (4), b (4) определя ются из условий прохождения цилиндров через точки F и Е.

Оптимальная форма, размеры и пространственное положение направляющих

Ж, И, К, Л, характеризуемые совокупностью . (а их оптимальных геометрических параметров 2(1), Y(1), Z(2), X(2), Z(3), Y(3), Z(4), Х (4) при принятых критериях оптимизации

20 доставляют минимум функционалу максимального значения приведенного момента резания ножниц макс М (р, 6, а, ф) мин, (3)

25 ф при условии мин а> 0; макс а f (p), где М вЂ” минимально возможная дпя заданных параметров G. ножниц и ф процесса резания величина момента резания, приве30 денного к валу ведущего барабана; . p- обобщенная координата ножниц. характеризующая пространственное положение ножей 6 и 7 и координаты их режущих кромок 8 и 11 при взаимодействии ножей в процессе резания;

G — совокупность следующих геометрических параметров ножниц: ав = ОвОн — межосевое расстояние барабанов;

0e0 — расстояние от точки начала контакта режущих кромок ножей до оси верхнего барабана (параллельно пинии центров барабанов);

Rg, .Яо — радиусы опорных точек N u D режущей кромки верхнего ножа, фн; Po — углы, образуемые радиусами

Rg, Ro с линией центров ОвОм в момент начала контакта режущей кромок (смыкание

50 точек N и F); 1 — угол между вертикалью верхнего ножа и радиусом Rg;

RE, RE — радиуСы Опорных точек F и Е режущей кромки нижнего ножа;

PF, PE — углы, образуемые радиусами

Rp, RE с линией центров ОвОн в момент смыкания точек N и F; уг: — угол между вертикалью нижнего ножа и радиусом RE;

0н — длина ножей;

1803280 8 а — совокупность параметров, характе(ризующих форму, размеры и пространственное положение направляющих Ж, И, К, Л соответственно цилиндров А, Б, 8, Г, образующих рабочие грани ножей; ф- параметры процесса резания, влияющие на величину приведенного момента резания ножниц, а — тангенциальный зазор между ножами;

Фф — заданная функция, зависящая от параметров процесса резания.

Решение задачи оптимизации (3) при указанных критериях.и ограничениях реализуется на ЭВМ с использованием численных методов. на базе математических методов оптимизации. Результат выдается и виде оптимальных координат центров направляющих Ж, И,, К, Л наибольших значений величины тангенциального зазора между ножами, наибольшего значения приведенного момента ножниц и координат точек режущих кромок для верхнего и нижнего ножей с любым малым шагом изменения координаты вдоль осей барабанов. При этом величины необходимых для оптимизационного расчета функционалов моментов резания зависят от площади попадающего. под срез поперечного сечения металла, определяющего величину усилия резания, а также плеча резания относительно осей вращения барабанов, При пространственной ориентации криволинейных режущих кромок задача по определению величин функционально сводится к определению текущих значений пространственных координат различных точек режущих кромок в районе элементарных площадок среза и углов наклона этих площадок к координатной плоскости YN {F) Z.

Учитывая, что барабанные летучие ножницы предназначены в первую очередь для обрезки переднего конца раската перед его : задачей в валки чистовой группы клетей широкополосного стана, профили режущих кромок 8 и 11 каждого иэ ножей 6 и 7 должны иметь форму и пространственное положение, обеспечивающее положение клиновидной формы среза, смягчающей удар полосы . в валки в момент захвата. Это достигается тем, что в положении начала контакта режущих кромок ножей по вертикали расстояния от осевого сечения ножниц до различных точек режущих кромок, располОженных по длине ножей, изменяются от их середины к краям, вначале уменьшаясь, а затем увеличиваясь. При этом по краям ножей укаэанные расстояния больше, чем посредине, а токи режущих кромок, отстоящие на мини20 дины ножа имеют знак, противоположный знаку координат точек, расположенных посредине и по краям ножа, Такая форма режущих кромок, кроме получения требуемой

25 формы среза полосы в плане (см, кривую Š— F — Е в плоскости XFZ) и обеспечения удовлетворительных динамических показателей процесса задачи полосы в валки прокатной клети после резки на ножницах,30

35 зом

50 том обеспечения получения минимально

/ г

5

15 мальном расстоянии от секущей плоскости ножниц, смещены от середины к краям на величину, определяемую иэ условия минимума функционала максимального приведенного момента ножниц.

С точки зрения материализации данного конструктивного отличия от привязкой к конкретному типоразмеру ножниц путем расчета и проектирования на.базе современных вычислительных средств, форма проекции режущих кромок 8 и 11 на плоскость, перпендикулярную к плоскости, проходящей через оси барабанов 1 и 2 и параллельную этим осям (соответственно плоскости XNZ и XFZ), описывается координатами (положительные значения координат совпадают с направлениями координатных осей}, абсолютные значения которых посредине ножа меньше, чем по его краям, а на некотором расстоянии от серехорошо согласуется с условиями решения оптимизационной задачи (3), способствуя уменьшению экстремальных значений плеча резания.

Ножницы работают следующим обраПри вращении барабанов 1 и 2 ножи 6 и

7 вначале встречаются с поверхностью движущейся разрезаемой полосы средними опорными точками N u F режущих кромок 8 и 11, образуя местный очаг надреза:в ее средней части. Затем по мере вращения барабанов процесс резания распространяется от середины полосы к ее краям, образуя два равных симметричных участка среза, перемещающихся к краям. Так как форма и пространственное положение направляющих Ж, И, К, Л цилиндров А, Б, В, Г поверхности которых являются рабочими гранями

9, 10, 12, 13 ножей, оптимизирована с учевозможного при данных параметрах ножниц и процесса резания проведенного момента резания, то момент резания при резке на ножницах полос всех типораэмвров получается меньше, чем на любых других барабанных летучих ножницах таких же размеров, Например, при резке полос толщиной до 55 мм и шириной 900 — 1850 мм на предлагаемых ножницах с межосевым расстоянием барабанов аж= 1200 мм достигает1803280

10 ся снижение величины момента резания приведенного к ведущему барабану для полос различного сечения на величину от 4,2 до 37,17% по сравнению с ножницами, снабженными шевронными ножами с пря- 5 молинейными режущими кромками и на величину от 2,5 до 10,7% по сравнению с ножницами, снабженными ножами с переменным углом наклона режущих кромок, уменьшающимся от середины к краям ножа, 10

Формула изобретения

1. Барабанные летучие ножницы, содержащие установленные в станине и связанные зубчатыми колесами верхний и нижний 15 барабаны, в продольных пазах каждого из которых закреплены с возможностью взаимодействия с образованием тангенциального зазора ножи с режущими кромками, имеющими профиль криволинейной формы 20 и лежащими на пересечениях рабочих поверхностей ножей, о т л и ч а ю щ и е с я тем, что, с целью повышения производительности, расширения технологических возмож. ностей и снижения металло- и энергоем- 25 кости, рабочие поверхности ножей выполнены в виде участков поверхностей некруговых цилиндров с перекрещивающимися осями и формой, размерами и пространст-венным положением направляющих, соот- 30 . ввтствующими минимуму функционала максимального поиведенного момента ножниц мах M(p Gа, ® минимизируемому по значейиям параметра а, где р — обобщенная координата ножниц, характеризующая положение ножей и их режущих кромок при взаимодействии ножей в процессе резания, G — совокупность геометрических параметров ножниц, a — совокупность параметров, характеризующих форму, размеры и пространственное положение направляющих каждого из цилиндров, образующих рабочие поверхности ножей, ф — параметры процесса резания, влияющие на величину приведенного момента резания ножниц, при условии, что величина тангенциального зазора между режущими кромками верхнего и нижнего ножей положительна и не превьгшает заданной величины.

2. Ножницы поп.1,отл ичающиес я тем, что профили режущих кромок ножей выполнены так, что расстояния от осевого сечения ножниц до точек режущих кромок ножей в положении их касания сначала уменьшаются от середины ножей к их краям, а затем увеличиваются, при этом по краям эти расстояния больше, чем посередине, а точки режущих кромок, отстоящие на минимальное расстояние, смещены от середины ножей к их краям на величину, определяемую из условия минимума функционала максимаЛьного приведенного момента резания ножниц.

1803280

1803280

1803280 . Составитель С,Шолохова

Редактор М.Кузнецова Техред М.Моргейтал Корректор С,Лисина

Заказ 1026 Тираж: - Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изрбретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва; Ж- 5„Раушская наб, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101