分切的艺术 —— 德国耐铿刀具 (Neuenkamp)

        要完全掌握分切/剪切过程中使用的尖端技术，就必须了解材料的断裂力学。

在分切或剪切材料时，需要考虑许多因素才能获得高质量的带材边缘，包括但不限于水平间隙、垂直重叠量、退料环尺寸、材料特性以及纵剪机刀头等。在满足生产计划的前提下，妥善管理所有这些变量，真正使纵切成为一门艺术。要充分了解分切/剪切过程，就是要了解断裂力学。纵切不仅仅是将材料一分为二的功能，这只是整个纵切过程的一部分。为了实现完美纵切，必须施加足够的压力以使其断裂。如果操作正确，您可以实现毛刺很少或没有毛刺的高质量纵切。

纵剪工艺的四个组成部分

图1 金属板带材剪切示意图

分切过程实际上由四个独立且不同的部分组成。该过程的第一组成部分是咬入和变形。咬入是刀具与材料接触的第一步。

刀具接触区域使材料变形，从而产生剪切，称为剪切区。当查看带材的边缘时，这是闪亮的区域。

当压力超过材料的极限抗拉强度时，就会发生断裂。断裂区通常是分切过程中最大的区域，在很大程度上这个区域是我们无法控制的。断裂区通常位于剪切区下方7°- 9°的后角区域，具体取决于被切材料的类型。

如果操作正确，带材边缘将有一个闪亮的剪切区、一个较暗的断裂区和一条将两者分开的明确直线。纵切工艺的第四个组成部分是毛刺，这是您的设置是否正确的标志。毛刺在很大程度上是由于材料的压缩断裂位移而产生的，并在断裂的相对面形成。由于分切刀设置不当，使材料断裂所需的压缩力越大，毛刺就越大。如果您的分切刀设置正确并且您有锋利的刀具，则毛刺将是最小的。这是因为施加到材料上导致其断裂的力已保持在最低限度。

多年来，人们认为只有钝的刀才会造成过多的毛刺。然而，今天我们知道这只是可能导致过多边缘毛刺的众多问题之一。一个好的分条操作员要学会如何 "读懂边缘"。知道如何辨别你所看到的东西，边部细节信息可以告诉你你的设置是否正确，如果不正确，要采取什么措施来纠正这个问题。

间隙太小

最常见的设置错误之一是将上下刀片的水平间隙设置得过小。过小的水平间隙使刀刃与断裂面错位，并在刀的外表面下方形成一个台阶。如果你的刀很锋利，它们会断断续续地切断这个台阶。被切下的台阶是一片片的，往往看起来像一根金属丝。这些金属丝往往会聚集在纵切头周围或剪切机下方。随着刀具变钝，它们挤压这个台阶，造成边部质量下降。

当间隙设置得太小时，剪切区域变大，断裂区则会缩小。两者之间的分界线呈锯齿状且不清晰，底部边缘有毛刺。当水平间隙设置得太小时，刀具的重叠量必定也会加大。其结果是，你的刀钝得更快，并且经常引起带材弯曲。

间隙极紧

当分切较厚的材料和/或较硬的薄材料时，如果你的水平间隙设置得极紧，实际上会出现双重断裂。在这种情况下，你有两个断裂区，分别来自上下两把刀的外平面。这些断裂不会沿着一个恒定的剪切面相遇。两个断裂会向材料的中心移动，直到它们足够接近，以至于材料沿其长度方向断裂，两个断裂相遇。这种情况下，如果观察带材的边缘，你会看到剪切区延伸到整个横截面的大部分区域（在某些地方）。为了切断带材，需要更大的重叠量。

因此，你将有很少或没有断裂区。发生这种情况时，整个横截面可能会显得发亮，毛刺更大。这种情况对刀头和刀具来说挑战极大，经常会导致刀片崩口或损坏。

黄金法则

材料越硬，材料断裂前所需的剪切就越少。 材料越软，金属断裂前的切口越深。 较硬的材料需要更多的水平间隙， 较软的材料需要的更少。

间隙过大

当水平间隙设置得过大时，又会出现断裂面和刀口的错位。这种情况下，不是在剪切材料，而是真的将其撕成两半。此时观察带材的边缘时，你会看到在一个非常小的甚至不存在剪切区。断裂区几乎是覆盖材料的整个厚度，毛刺会非常大。这种情况容易造成刀片崩口，因为它给刀片的边缘带来很大的负荷。

垂直间隙（重叠量）

分切时，上下刀的水平间隙和垂直间隙（重叠量）之间存在直接的联系。作为一般经验法则，材料越硬，材料断裂前所需的剪切就越少；材料越软，材料断裂前的切口越深。

因此，较硬的材料需要更多的水平间隙，而较软的材料需要的水平间隙要少得多。记住这个概念的一个简单方法是设想一块玻璃。要切割玻璃，你需要在其表面轻微划伤或划线。一旦划线，它就可以在这一点上断裂。对于具有高抗拉强度的坚硬材料，情况就是如此。虽然有必要将高强度金属切得比一块玻璃更深，但相对于由此产生的断裂长度而言，刀的切口深度是最小的。断裂长度越大，保持剪切面完整所需的水平间隙越大。

相反，如果您要切割一块软垫子，那就必须切开它的整个厚度。同样，虽然大多数软质材料在刀具切开100%的材料厚度之前就会发生断裂，但相对于发生的断裂长度，刀具的切口深度要高得多。当发生较少的断裂时，需要较少的水平间隙来保持适当的剪切面。对于相对较软的材料，刀的剪切深度相对较高。在软回火铝上，可能有高达 50% 的剪切和 50% 的断裂。

因此，正确的水平间隙约为材料厚度的 5% 到 7%。对于低碳钢，典型的刀具剪切率为材料厚度的 25% 至 30%，水平间隙将设置为大约 10%。对于不锈钢和许多更高强度的低合金钢等材料，它可能需要低至 5% 到 10% 的剪切，高达 90% 到 95% 的断裂。水平间隙通常设置为材料厚度的 20% 或更多。

刀具本身也是一个主要考虑因素。刀具公司及其客户一直在徒劳地寻找适合所有剪切应用的完美工具钢。然而，还没有人找到它。人们还是不得不在耐磨性和抗冲击性之间左右权衡。耐磨工具的使用寿命最长，但不是很坚韧。它们的使用通常仅限于轻型测量应用。更高强度、更厚的材料需要韧性更佳的刀具，但寿命不长。因此，机器制造商和最终用户必须与刀具供应商合作，以最小的牺牲为特定应用找到最佳平衡。

虽然上述水平刀具间隙仅作为一般准则，但在某些情况下，可能需要尝试不同类型的刀具和间隙以确定最佳切割效果和最长刀具寿命。正如你所看到的，除了钝刀之外，还有更多可能导致质量差的切口或剪切边缘。了解水平和垂直刀具间隙之间的直接相关性可以帮助消除许多这些问题。知道如何解读材料的切口或剪切边缘可能是你最大的资产。完整的带材边缘可以告诉你呢的问题是什么以及如何解决它。理解断裂力学是真正的分切艺术。

德国耐铿刀具中国销售代表: 蒋小姐

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