[科普中国]-机械切割

在重工业中，机械切割是对板材粗加工的一种常用方式，属于冷切割。其实质是被加工的金属受剪刀挤压而发生剪切变形并减裂分离的工艺过程。

简介机械切割是常用的一种切割方法，随着火焰切割、电弧切割等技术的发展，机械切割的比例正在减少，但仍是过程设备制造中不可缺少的切割方法。机械切割有剪切、锯（条锯、圆片锯、砂轮锯等）切、铣切等。剪切主要用于钢板的切割；锯切主要用于各种型钢、管子的切割：铣切主要用于精密零件和焊缝坡口的切割。

剪切原理及特点机械切割最常用的设备是剪板机。一般剪扳机的最大剪切厚度在20mm左右，被剪的最大抗拉强度为490MPa，最大剪切宽度为3000mm。剪板机的传动方式有机械和液压两种．、它的工作原理是利用机械装置对材料施加一个剪切力，当剪切应力超过材料的抗剪切强度时就被切断，从而达到将材料分离的目的。

剪切的优点是操作简单，劳动成本低，切割质量和效率比手工切割有大幅度提高。缺点是切割厚度受到限制，且仅限于各种直线切割。

机械切割阶段机械切割的过程大致可以分成三个连续的阶段：

1.弹性变形阶段 当剪切开始时，上下剪刀刚压在钢板上，其作用力使钢材发生的变形处于弹性变形范围内，而钢材内的应力尚未超过屈服极限。

2.塑性变形阶段 上剪刀继续下行，使钢材所产生的应力超过材料的屈服点并继续上升，直到材料抗剪强度的最大值。这时，最大剪切变形从剪刀的刀刃部分开始，变形方向是沿着滑移而发生的。

3.断裂阶段 再继续下去，随着塑性剪切变形的增大，沿着滑移面的方向逐渐形成裂缝间隙并逐渐扩大，直到材料完全分离为两部分，即材料被剪断。

斜口剪板机过程设备制造厂使用最多的是龙门式剪板机。龙门式剪板机又分为平口式和斜口式两种，用于直线切割。平口式剪板机多用于切割窄而厚的矩形断面坯料；斜口式多用于薄而宽的板料。斜口式剪板机结构示意图如下图所示。

它的主要工作部件由两个成一定夹角的剪刃组成，下剪刃水平地固定在剪板机的工作台上，待剪钢板放在其上。上剪刃倾斜地固定在横粱5上，横粱与一套偏心机构3相联，飞轮l和偏心机构之间装有离白器2。当踩下切割踏板时，电动机转动，通过飞轮1、离台器2、偏心轴3和连杆4．推动横粱往下移动，，当上刀刃碰到工件8时，刀刃两侧的金属首先产生弹性变形，随着上刀刃继续下移，材料将产生塑性变形，直到超过材料的抗剪切强度，工件就被剪断，为了防止切割时工件受剪切力的作用发生翻转或移动，可采用机械式、液压或气动夹具将工件压紧在工作台上。

当板料被剪切后，切口处的金属由于剪切时的塑性变形，使上表面向下弯曲，下表面则向下凸出，形成毛刺，，由于切口边缘冷态下的塑性变形使其硬度增加、塑性降低，即产生了冷加T硬化现象，对于强度等级高的钢材，这种现象更为明显。切口边缘的硬化范围随着被剪材料厚度的增加而加大，它的存在常成为焊接接头边缘产生裂纹的原因、因此必要时应把切口近旁2 -3mm的硬化区用刨削或其他冷加T方法除去，这也是为什么大厚度、高强度钢板不宜采用机械剪切的原因之一。对具有良好塑性的低碳钢，硬化区的存在会随着焊接过程的热作用而得到消除，切除硬化区的工作就显得不必要。1

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学