一种钛合金丝材自动剪裁机的可行性论证

郑艳霞

（运城学院，山西 运城 044000）

一种钛合金丝材自动剪裁机的可行性论证

郑艳霞

（运城学院，山西 运城 044000）

钛合金丝材作为钛合金材料的一种，它的剪裁加工的自动化是其能够加大范围推广应用的一个技术性的突破。笔者从钛合金丝材的各种力学性质开始分析其剪切难度，然后简要论述了目前常用的钛合金丝材的剪切夹具，从剪切夹具的方面阐述影响钛合金丝材的剪裁效果的因素，最后初步论证了一种钛合金丝材自动剪裁机设计的可行性及意义。

钛合金丝材；自动剪裁机；剪切夹具；力学性质

钛若不含合金元素即为纯钛，若是含有合金元素就是我们本文论证的对象钛合金。钛合金也分为很多不同的种类，根据它的室温组织和成分的不同，钛合金可以分为α钛合金、β钛合金、近α型合金、近β型合金以及（α+β）型合金等。钛合金丝材是钛及钛合金材料在形态上的一种重要分类，一般情况下，钛合金丝材是以盘圆形态出厂供货使用，在使用过程中，企业或者用户会根据使用功能和要求进行必要的裁剪。

钛合金丝材的供货形态也包括直丝型钛合金丝材，这就需要钛合金制备厂家负责其出厂前的剪裁。钛合金丝材一般用作军工、电镀、医疗、体育竞技用品、焊丝以及眼镜饰品等领域，而钛合金丝材这种材料属于比较难加工的种类，目前所具备的剪裁工艺又多为人工裁剪，所以钛合金丝材的剪裁工艺是非常值得我们研究的。

1 钛合金丝材的力学性质

基于钛合金丝材的力学性质，如耐腐蚀性比较强、比强度非常高、没有磁性且与人体亲和力非常好并有一定形状记忆能力等，在航天、军工等方面可以用钛合金丝材做加紧固件，不仅可以达到同等效果的强度和性能又因其抗拉强度与密度之比比较高，在此基础上重量就相对比较轻，所以同时能够达到减重的目的。同时这些力学性质也意味着钛合金丝材又可以用于汽车或其他机械的弹簧制作以及医疗器材的制作，特别是医疗行业，因为其与人体的亲和性，使得患者和医生都非常倾向于使用钛合金制品。又因为其良好的耐腐蚀性可以被制作成各种器材设备用于海底打捞、海水养殖等行业，在水下很长的时间都不会被损坏。

同时钛合金丝材屈强比比较高、弹性模量比较小、变形抗力比较大、所以加工变形时抗力比较大，它的弹性比较大以及回弹性也就相对严重，所以抗剪能力其实是非常好的。再加上钛合金丝材加工过程中会产生相对较大的粘着力，因此其剪裁和其他的加工过程都会受到相对较大的阻力。而这些问题也对钛合金丝材的成品质量产生了比较多的负面影响，使用者甚至不能保证剪裁加工后的钛合金丝材全部都是合乎规格并且功能有效的。

因此，因为钛合金所具备的众多良好的力学性能，很多行业和领域都非常关注它，但是又因为其昂贵的造价和不好剪裁等原因限制了它的推广和应用。

2 钛合金丝材的剪切夹具

虽无法降低钛合金丝材的造价，但是经过对其性能进行充分研究，在现有剪切方法的具体实验和调研的基础上，认为提高钛合金丝材的剪裁效率是非常有可能实现的。

首先是钛合金丝材的剪裁影响因素，去除实验过程中的设备及人为因素，主要受剪切夹具的种类、规格、效能等的影响，包括剪切刀具的间隙、剪切速度、钛合金丝材试样与剪切空洞之间的间隙等等。另外若是所使用的钛合金丝材尺寸不满足剪切要求，在裁剪前要先对该钛合金丝材进行表面加工，这一道加工工序也同样影响着其剪裁的效率。

详细来讲，我们首先需要了解目前针对钛合金丝材剪裁较多使用的一种工具，即剪切夹具，如图1所示。钛合金丝材剪切夹具是采用的圆形剪切孔，刀口厚度要远远大于标准件的剪切夹具。钛合金丝材与剪切孔的间隙不同其剪裁是接触点的应力分布也不同，同样的剪切强度也不同。而钛合金丝材剪切夹具的剪切刀具之间的间隙则影响到剪裁过程中的弯矩大小，进而影响其剪裁效果，间隙越小，弯矩越小。而钛合金丝材剪切夹具的剪切速度则对应剪裁过程中的剪切抗力，剪切速度越大，剪切抗力越小。而上文提及的最后一种影响因素，即钛合金丝材的表面加工工序对钛合金丝材的剪裁性能影响并不能一概而论，因为实验者不能确定经过表面加工的钛合金丝材的剪切性能及其他的力学性能与原本的丝材是否一致，这需要通过实验进行具体论证。

图1

3 钛合金丝材自动剪裁机的可行性分析

为了提高钛合金丝材的剪裁效率，我们必须努力克服其力学性质带来的剪切难度，并设计出一种全自动的剪裁机，在理论层面，这是非常有可能实现的。

目前出现的自动剪裁机和各类关于自动剪裁机的新型科研成果有很多，常应用于服装、汽车、家具、内饰件以及其他轻工业等。而我们所要设计的自动剪裁机所需的功率是比较大的，因此电力驱动是必须的。

钛合金丝材的剪裁并不容易，它需要较高的剪切速度、锋利的剪切刀具，在剪切夹具的设计上也要下功夫，如上文所提到的剪切刀具之间的间隙设计、丝材与剪切孔之间的间隙设计等等。与此同时，我们要把简单的剪切夹具设计成全自动的除了要加入驱动设备连接各项分离部位之外，还需要考虑自动剪裁机的噪声消除、耗能减小、效率提高、安全设计等等方面。

当然，最主要的还是设计出来的钛合金丝材自动裁剪机应该满足能够自由剪切各种形态、型号、种类的钛合金丝材，在此基础上才是该自动剪裁机的其他功能设计。比如加入减震设计和消声设计以减少设备运行中的噪声产生；又或者选择高效率的电动机以减少电能的损耗；设计时也可以考虑多种不同规格的钛合金丝材设计出一个自动剪裁机具备多个不同类型的刀口这样的形式，提高自动剪裁机的利用率以降低整体的相对成本等。现阶段存在很多种自动剪裁机的原型可供选择，实验者只需要在现有的基础上改变核心剪切夹具即可将之改变成一种钛合金丝材自动剪裁机。

现存的自动剪裁机发明也有剪切线型材料的先例。如CN201511019680——一种汽车束线的剪裁机构发明专利，包括底座、滑道块、剪裁组件、气缸几个基本组成构建。

应用在钛合金丝材的剪裁上面，就是一种成功的把现有人工剪裁工具剪切夹具转变成自动剪裁机的实现方案。该剪裁机构中两个剪裁块相互错动，由连接杆通过滑道块连接到动力装备上去，就能够把丝材等线型材料按照规定裁剪成需要的长度。不同的是，钛合金丝材的强度、弹性等等力学性质与一般的线型材料（如汽车束线）是不同的，相应的剪裁块的设计也应该有所不同。包括刀口的锋利程度、刀口间距、剪裁速度、剪裁空洞的大小和缝隙等等，都应该根据所需要剪裁的钛合金丝材的性质进行相应的改变。

4 一种钛合金丝材自动剪裁机实现的意义

钛合金丝材作为钛合金材料中一个重要的分支，它的应用非常广泛，但是目前而言钛合金丝材的剪裁依然处于人工剪裁的阶段。我们就此文简要论证了钛合金丝材自动剪裁机的实现可能性，以期能够达到以下效果。

第一，解放生产力。钛合金丝材自动剪裁机一旦实现必将解放一部分参与钛合金丝材人工剪裁的人工劳力，使得这部分人工可以创造更多的效益。同时，人工剪裁的速度与机械自动剪裁的速度是不能相比的，钛合金丝材自动剪裁机的实现，必然会使得在同样数量劳动力的条件下效果翻倍增长。

第二，提高钛合金丝材的效率和使用频率。当盘圆形或直丝型钛合金丝材的剪裁加工效率提高，其生产效率也就相应提高，能够在一定程度上缓解钛合金丝材供不应求的局面，这对于钛合金丝材的应用推广是非常有益的。

[1]洪权，戚运莲，赵永庆，杨冠军.钛合金丝材加工工艺的新进展[J].钛工业进展，2003.

[2]王天成，柳家成.钛及钛合金丝的辊模拉伸[J].钛工业进展，2001.

[3]王海波，毛小南，李东，马玉函，钛及钛合金丝材纸杯工艺的研究现状[J].热加工工艺，2008.

[4]陈勃，丁传富，陈剑锋.钛合金丝材剪切强度影响因素试验研究[J].实验室研究与探索，2007.

TQ173.76+5

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1671-0711（2016）12（下）-0083-02