[00123305]金属板带高精度加工关键技术及装备

课题围绕金属板带纵剪分条、横剪分段的剪切加工相关技术问题、持续开展了近10年的研究工作,先后得到4项国家和省部级科技计划项目资助,包括 （1） 国家自然科学基金面上项目,国家自然科学基金委员会,项目名称：控制材料应力应变状态的金属板材无毛刺精密分切加工研究,项目编号：51175090;（2）国家自然科学基金面上项目,国家自然科学基金委员会,项目名称：降减剪切边缘损伤和毛刺的电工硅钢板材精密剪切加工研究,项目编号：51575112;（3）广东省教育部产学研结合项目,广东省科学技术厅,项目名称：高精度金属带材无毛刺分切加工关键技术及产业化,项目编号：2010B090400122;（4）广东省科技计划项目,广东省科学技术厅,项目名称：电工硅钢板材精密剪切加工技术研究及装备研发,项目编号：2016A050503043。 金属板带是制作金属制品的基础,其中具有代表性的电工钢板材用于作为制作电力设备和电工电讯器件等电磁铁芯,随着对其性能和节能要求的不断提高,对电工钢板带高精度加工技术提出了更高要求,大幅度提高剪切断面表面几何形状精度、保持剪切边缘材料性能完好带来了严峻挑战。为解决金属板带高精度加工中材料组织结构和性能多变问题,兼顾剪切断面几何形状精度和完好的剪切边缘材料性能,突破国内在金属板带加工工艺和装备长期落后于国外的现状,本项目聚焦于金属板带高精度加工关键技术及装备的研发,为我国高精度金属制品加工、绿色节能电力装备等产业发展提供支撑技术。 本项目围绕金属板带高精度剪切加工新方法、刀具设计制造、剪切加工装备及加工工艺应用关键共性技术,开展了系统研究。基于金属板带高精度剪切过程的材料变形机理、剪切力变化规律和材料应力应变状态等理论和试验研究,建立以电工硅钢板带为代表的金属板带精密剪切和韧性断裂分离过程模型,通过优化刀具刃型、微结构设计和组刀参数优化等实现剪切塑性变形与韧性断裂裂纹扩展有序化,以保证剪切断面高表面几何形状精度和完好的剪切边缘材料性能;研制精密数控纵剪生产线和变压器铁芯精密高效数控横剪生产线等新装备,系统研究了金属板带高精度加工工艺,对剪切断面形成过程建模、断面几何完整性和性能完整性控制体系进行深入研究,提出了金属板带纵剪和横剪工艺系统优化控制策略,实现有效控制剪切边缘损伤和毛刺变形的金属板带高精度批量加工。取得如下创新成果和性能指标： 1、发明了金属板带控制材料应力应变状态的“塑性剪切-反向压迫分离”少无毛刺精密剪切新原理,提出了控制剪切过程应力应变的电工硅钢板带剪切工艺、降减剪切边缘损伤方法、控制刀具磨损和组刀工艺准则等工艺技术,解决了断面控制毛刺和变形及减小晶格畸变、加工硬化、残余应力等剪切边缘损伤的难题,稳定实现了圆刀纵剪边毛刺高度0.005mm、横剪边毛刺高度0.01mm。 2、开发了“塑性剪切-反向压迫分离”高精度加工刀具设计制造关键技术,通过整组多片硬质合金圆刀片端面磨抛、外圆柱面同步刃磨、刀具动态精度稳定性控制等手段,稳定实现圆刀片外圆柱表面粗糙度达到Ra0.1μm、侧面粗糙度Ra0.08μm、刃口过渡圆弧半径rn0.009mm、侧面平面度0.004mm、同批次外圆柱面外径偏差0.005mm的刃磨加工,解决了金属板带高精度剪切加工刀具高精度刃磨及其精度一致性的难题。 3、发明了精密纵剪加工圆刀片准零侧隙负交接量组刀法、自动上料换料机构、高速送料过程板带偏移校正机构、剪切角度精确调整机构、实时监控与智能闭环控制系统和可移动式多工位冲剪机构等关键技术,研制了金属板带高精度纵剪和横剪加工成套装备。 4、发明了控制剪切毛刺和剪切边缘损伤提高板带形状精度并保证剪切断面完整性的综合工艺技术,通过金属板带高精度剪切加工工艺及质量保障,实现了金属板带少无毛刺、剪切断面完整的稳定高精度批量加工,达到纵剪边毛刺高度0.005mm、横剪边毛刺高度0.01mm、剪切宽度偏差0.02mm、长度偏差0.08mm/2000mm、角度偏差0.01°、单边不直度0.04mm/2000mm、叠片系数0.9978（100片厚度0.27硅钢片）。 5、项目授权发明专利10件、实用新型专利24件、登记软件著作权2项,本项目的核心发明专利《一种金属带材无毛刺分切加工装置及其加工方法ZL201110136574.8》获得第十五届中国专利奖优秀奖、广东省专利奖金奖。制订企业标准4项,发表论文24篇。具有自主知识产权,创新性强。 项目成果技术成熟,适用于所有金属板带分切加工行业,项目技术目前已在合作企业研发先进工艺并形成示范并研发新装备向电工硅钢片加工企业、变压器铁芯制造企业推广应用新工艺技术,进一步将向其他种类金属板材加工行业推广应用。