鄭艷霞

（運(yùn)城學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000）

一種鈦合金絲材自動(dòng)剪裁機(jī)的可行性論證

鄭艷霞

（運(yùn)城學(xué)院，山西 運(yùn)城 044000）

鈦合金絲材作為鈦合金材料的一種，它的剪裁加工的自動(dòng)化是其能夠加大范圍推廣應(yīng)用的一個(gè)技術(shù)性的突破。筆者從鈦合金絲材的各種力學(xué)性質(zhì)開始分析其剪切難度，然后簡要論述了目前常用的鈦合金絲材的剪切夾具，從剪切夾具的方面闡述影響鈦合金絲材的剪裁效果的因素，最后初步論證了一種鈦合金絲材自動(dòng)剪裁機(jī)設(shè)計(jì)的可行性及意義。

鈦合金絲材；自動(dòng)剪裁機(jī)；剪切夾具；力學(xué)性質(zhì)

鈦若不含合金元素即為純鈦，若是含有合金元素就是我們本文論證的對(duì)象鈦合金。鈦合金也分為很多不同的種類，根據(jù)它的室溫組織和成分的不同，鈦合金可以分為α鈦合金、β鈦合金、近α型合金、近β型合金以及（α+β）型合金等。鈦合金絲材是鈦及鈦合金材料在形態(tài)上的一種重要分類，一般情況下，鈦合金絲材是以盤圓形態(tài)出廠供貨使用，在使用過程中，企業(yè)或者用戶會(huì)根據(jù)使用功能和要求進(jìn)行必要的裁剪。

鈦合金絲材的供貨形態(tài)也包括直絲型鈦合金絲材，這就需要鈦合金制備廠家負(fù)責(zé)其出廠前的剪裁。鈦合金絲材一般用作軍工、電鍍、醫(yī)療、體育競技用品、焊絲以及眼鏡飾品等領(lǐng)域，而鈦合金絲材這種材料屬于比較難加工的種類，目前所具備的剪裁工藝又多為人工裁剪，所以鈦合金絲材的剪裁工藝是非常值得我們研究的。

1 鈦合金絲材的力學(xué)性質(zhì)

基于鈦合金絲材的力學(xué)性質(zhì)，如耐腐蝕性比較強(qiáng)、比強(qiáng)度非常高、沒有磁性且與人體親和力非常好并有一定形狀記憶能力等，在航天、軍工等方面可以用鈦合金絲材做加緊固件，不僅可以達(dá)到同等效果的強(qiáng)度和性能又因其抗拉強(qiáng)度與密度之比比較高，在此基礎(chǔ)上重量就相對(duì)比較輕，所以同時(shí)能夠達(dá)到減重的目的。同時(shí)這些力學(xué)性質(zhì)也意味著鈦合金絲材又可以用于汽車或其他機(jī)械的彈簧制作以及醫(yī)療器材的制作，特別是醫(yī)療行業(yè)，因?yàn)槠渑c人體的親和性，使得患者和醫(yī)生都非常傾向于使用鈦合金制品。又因?yàn)槠淞己玫哪透g性可以被制作成各種器材設(shè)備用于海底打撈、海水養(yǎng)殖等行業(yè)，在水下很長的時(shí)間都不會(huì)被損壞。

同時(shí)鈦合金絲材屈強(qiáng)比比較高、彈性模量比較小、變形抗力比較大、所以加工變形時(shí)抗力比較大，它的彈性比較大以及回彈性也就相對(duì)嚴(yán)重，所以抗剪能力其實(shí)是非常好的。再加上鈦合金絲材加工過程中會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的粘著力，因此其剪裁和其他的加工過程都會(huì)受到相對(duì)較大的阻力。而這些問題也對(duì)鈦合金絲材的成品質(zhì)量產(chǎn)生了比較多的負(fù)面影響，使用者甚至不能保證剪裁加工后的鈦合金絲材全部都是合乎規(guī)格并且功能有效的。

因此，因?yàn)殁伜辖鹚邆涞谋姸嗔己玫牧W(xué)性能，很多行業(yè)和領(lǐng)域都非常關(guān)注它，但是又因?yàn)槠浒嘿F的造價(jià)和不好剪裁等原因限制了它的推廣和應(yīng)用。

2 鈦合金絲材的剪切夾具

雖無法降低鈦合金絲材的造價(jià)，但是經(jīng)過對(duì)其性能進(jìn)行充分研究，在現(xiàn)有剪切方法的具體實(shí)驗(yàn)和調(diào)研的基礎(chǔ)上，認(rèn)為提高鈦合金絲材的剪裁效率是非常有可能實(shí)現(xiàn)的。

首先是鈦合金絲材的剪裁影響因素，去除實(shí)驗(yàn)過程中的設(shè)備及人為因素，主要受剪切夾具的種類、規(guī)格、效能等的影響，包括剪切刀具的間隙、剪切速度、鈦合金絲材試樣與剪切空洞之間的間隙等等。另外若是所使用的鈦合金絲材尺寸不滿足剪切要求，在裁剪前要先對(duì)該鈦合金絲材進(jìn)行表面加工，這一道加工工序也同樣影響著其剪裁的效率。

詳細(xì)來講，我們首先需要了解目前針對(duì)鈦合金絲材剪裁較多使用的一種工具，即剪切夾具，如圖1所示。鈦合金絲材剪切夾具是采用的圓形剪切孔，刀口厚度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)件的剪切夾具。鈦合金絲材與剪切孔的間隙不同其剪裁是接觸點(diǎn)的應(yīng)力分布也不同，同樣的剪切強(qiáng)度也不同。而鈦合金絲材剪切夾具的剪切刀具之間的間隙則影響到剪裁過程中的彎矩大小，進(jìn)而影響其剪裁效果，間隙越小，彎矩越小。而鈦合金絲材剪切夾具的剪切速度則對(duì)應(yīng)剪裁過程中的剪切抗力，剪切速度越大，剪切抗力越小。而上文提及的最后一種影響因素，即鈦合金絲材的表面加工工序?qū)︹伜辖鸾z材的剪裁性能影響并不能一概而論，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)者不能確定經(jīng)過表面加工的鈦合金絲材的剪切性能及其他的力學(xué)性能與原本的絲材是否一致，這需要通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行具體論證。

圖1

3 鈦合金絲材自動(dòng)剪裁機(jī)的可行性分析

為了提高鈦合金絲材的剪裁效率，我們必須努力克服其力學(xué)性質(zhì)帶來的剪切難度，并設(shè)計(jì)出一種全自動(dòng)的剪裁機(jī)，在理論層面，這是非常有可能實(shí)現(xiàn)的。

目前出現(xiàn)的自動(dòng)剪裁機(jī)和各類關(guān)于自動(dòng)剪裁機(jī)的新型科研成果有很多，常應(yīng)用于服裝、汽車、家具、內(nèi)飾件以及其他輕工業(yè)等。而我們所要設(shè)計(jì)的自動(dòng)剪裁機(jī)所需的功率是比較大的，因此電力驅(qū)動(dòng)是必須的。

鈦合金絲材的剪裁并不容易，它需要較高的剪切速度、鋒利的剪切刀具，在剪切夾具的設(shè)計(jì)上也要下功夫，如上文所提到的剪切刀具之間的間隙設(shè)計(jì)、絲材與剪切孔之間的間隙設(shè)計(jì)等等。與此同時(shí)，我們要把簡單的剪切夾具設(shè)計(jì)成全自動(dòng)的除了要加入驅(qū)動(dòng)設(shè)備連接各項(xiàng)分離部位之外，還需要考慮自動(dòng)剪裁機(jī)的噪聲消除、耗能減小、效率提高、安全設(shè)計(jì)等等方面。

當(dāng)然，最主要的還是設(shè)計(jì)出來的鈦合金絲材自動(dòng)裁剪機(jī)應(yīng)該滿足能夠自由剪切各種形態(tài)、型號(hào)、種類的鈦合金絲材，在此基礎(chǔ)上才是該自動(dòng)剪裁機(jī)的其他功能設(shè)計(jì)。比如加入減震設(shè)計(jì)和消聲設(shè)計(jì)以減少設(shè)備運(yùn)行中的噪聲產(chǎn)生；又或者選擇高效率的電動(dòng)機(jī)以減少電能的損耗；設(shè)計(jì)時(shí)也可以考慮多種不同規(guī)格的鈦合金絲材設(shè)計(jì)出一個(gè)自動(dòng)剪裁機(jī)具備多個(gè)不同類型的刀口這樣的形式，提高自動(dòng)剪裁機(jī)的利用率以降低整體的相對(duì)成本等。現(xiàn)階段存在很多種自動(dòng)剪裁機(jī)的原型可供選擇，實(shí)驗(yàn)者只需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上改變核心剪切夾具即可將之改變成一種鈦合金絲材自動(dòng)剪裁機(jī)。

現(xiàn)存的自動(dòng)剪裁機(jī)發(fā)明也有剪切線型材料的先例。如CN201511019680——一種汽車束線的剪裁機(jī)構(gòu)發(fā)明專利，包括底座、滑道塊、剪裁組件、氣缸幾個(gè)基本組成構(gòu)建。

應(yīng)用在鈦合金絲材的剪裁上面，就是一種成功的把現(xiàn)有人工剪裁工具剪切夾具轉(zhuǎn)變成自動(dòng)剪裁機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案。該剪裁機(jī)構(gòu)中兩個(gè)剪裁塊相互錯(cuò)動(dòng)，由連接桿通過滑道塊連接到動(dòng)力裝備上去，就能夠把絲材等線型材料按照規(guī)定裁剪成需要的長度。不同的是，鈦合金絲材的強(qiáng)度、彈性等等力學(xué)性質(zhì)與一般的線型材料（如汽車束線）是不同的，相應(yīng)的剪裁塊的設(shè)計(jì)也應(yīng)該有所不同。包括刀口的鋒利程度、刀口間距、剪裁速度、剪裁空洞的大小和縫隙等等，都應(yīng)該根據(jù)所需要剪裁的鈦合金絲材的性質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的改變。

4 一種鈦合金絲材自動(dòng)剪裁機(jī)實(shí)現(xiàn)的意義

鈦合金絲材作為鈦合金材料中一個(gè)重要的分支，它的應(yīng)用非常廣泛，但是目前而言鈦合金絲材的剪裁依然處于人工剪裁的階段。我們就此文簡要論證了鈦合金絲材自動(dòng)剪裁機(jī)的實(shí)現(xiàn)可能性，以期能夠達(dá)到以下效果。

第一，解放生產(chǎn)力。鈦合金絲材自動(dòng)剪裁機(jī)一旦實(shí)現(xiàn)必將解放一部分參與鈦合金絲材人工剪裁的人工勞力，使得這部分人工可以創(chuàng)造更多的效益。同時(shí)，人工剪裁的速度與機(jī)械自動(dòng)剪裁的速度是不能相比的，鈦合金絲材自動(dòng)剪裁機(jī)的實(shí)現(xiàn)，必然會(huì)使得在同樣數(shù)量勞動(dòng)力的條件下效果翻倍增長。

第二，提高鈦合金絲材的效率和使用頻率。當(dāng)盤圓形或直絲型鈦合金絲材的剪裁加工效率提高，其生產(chǎn)效率也就相應(yīng)提高，能夠在一定程度上緩解鈦合金絲材供不應(yīng)求的局面，這對(duì)于鈦合金絲材的應(yīng)用推廣是非常有益的。

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TQ173.76+5

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1671-0711（2016）12（下）-0083-02