3.2 常见下料设备的工作原理
在冲压生产加工中，下料加工最主要的内容是板料及卷料的加工。由于使用最广泛的是剪切加工，因此下料加工使用的主要设备就是剪切设备。剪切设备同样分为手工剪切设备和机械剪切设备两种。不同的剪切设备，其加工能力及结构、使用方法是不同的。
（1）手工剪切设备的工作原理
手工剪切设备主要有手剪和台剪，是剪切设备中最简单的一种。尽管手工剪切设备结构形式很多，但是大多采用固定一个水平位置的下刀片，由人力操纵一个可利用杠杆或杠杆系统转动的可动上刀片，通过两刀片刃口间的相互交错重叠，实现对各种板料和块料的剪切。图3-2为手剪和台剪的结构简图。
图3-2 手剪和台剪结构
图3-2（a）为手剪。手剪是最简单的手剪工具，主要用于单件生产和小批量生产的备料或半成品的修整工序。由于是手工操作，故生产效率低且只能剪切0.8mm以下的板料。
图3-2（b）为台剪。使用时，台剪的下刀片不动，上刀片由杠杆操纵，剪切时比手剪省力，主要适用于1.5～2mm厚的板料剪裁。
用手工剪切设备剪切的条料及块料，一般会发生较大的弯曲变形，故在冲压使用前，必须将其校平。
（2）机械剪切设备的工作原理
机械剪切设备主要有剪板机、振动剪切机、滚动剪切机及卷材开卷机等。根据应用剪切设备的不同，剪切方法可分为平剪、斜剪、振动剪及滚剪等。冲压车间常用的剪切下料设备主要为剪板机、振动剪切机。
①剪板机。剪板机是冲压下料加工中最常用的一种剪切设备，用于板料的切断，且只能剪切直线。剪板机按传动方式不同分为机械传动剪板机和液压传动剪板机，剪切板厚小于10mm的剪板机多为机械传动结构，剪切板厚大于10mm的剪板机多为液压传动结构；按上下刀片装配的不同分为平刃剪板机和斜刃剪板机，斜刃剪板机比平刃剪板机省力，多用于剪切宽度尺寸较大而厚度较薄的板材。图3-3为广泛使用的普通机械剪板机外形结构。
图3-3 剪板机外形结构
剪板机由床身、床面、上下刀片、压料装置和传动系统等部件组成。下刀片固定在床面上，上刀片固定在活动托板上，待剪切的板料通过床面上的挡料装置定位后，安放在剪板机床面上。剪切时，压料装置首先对板料实施压紧，以防止板料在剪切时翻转，然后通过压紧上刀片相对于下刀片的交错运动，实现板料的剪切。图3-4为上下刀片采用斜刃的剪切示意图。
图3-4 斜刃的剪切示意图
斜刃剪切可大大减小剪切力。斜刃剪板机下刃口呈水平状态，上刃口与下刃口呈一定角度的倾斜状态，在上、下刃口间进行剪切。由于上剪刃是倾斜的，剪切时刃口与板料的接触长度比板料宽度小得多。因此，斜刃剪板机行程大、剪力小、工作平稳，适用于剪切厚度小、宽度大的板料。
一般上剪刃的倾角φ在1°～6°之间。板料厚度为3～10mm时，取φ为1°～3°；板料厚度为12～35mm时，取φ为3°～6°。γ为前角，可减小剪切时板料的转动；α为后角，可减少刃口和板料的摩擦。γ一般取15°～20°，α一般取1.5°～3°。
图3-5为应用平刃剪板机的平刃剪示意图，在上下平行的刃口间进行剪切。β一般取0°～15°。平刃剪板机行程小、剪切力大，适用于剪切厚度大、宽度小的板料。
图3-5 平刃剪板机的平刃剪示意图
②振动剪切机。振动剪切机又称剪切冲型机、短步剪，其外形结构如图3-6（a）所示。
图3-6 振动剪切机外形结构
振动剪切机由机座、床身、上下切刀和传动系统组成。上切刀固定在刀座上，通过连杆与偏心轴相连，由电动机带动以每分钟1500～2000次快速往复振动，行程为2～3mm，上切刀与下切刀的刀刃相对倾斜夹角为20°～30°，且上、下切刀本身都具有较大的倾角（为0°～15°），如图3-6（b）所示。剪刃较窄，且两刀尖通常处于接触状态，重叠量为0.2～1.0mm。
振动剪切机在剪切板料时，是利用机械传动产生的高速往返运动的上刀刃与下刀刃形成相对交错运动将板料一小段一小段剪下的，这种加工工艺方法称为振动剪。由于剪切过程不连续，所以生产效率很低，且剪切质量差，冲裁件边缘粗糙，有微小的锯齿形，毛坯形状及加工精度差。但由于振动剪切机结构简单，操作方便，对剪切不同形状、尺寸零件和毛坯的适应性好，因此常用于小批量毛坯冲压件的加工。
振动剪一般根据划线或样板进行剪切，常用于加工料厚在2mm以下、曲率半径较大的内、外轮廓切面的剪切，也可以用于对冲压成形后大中型零件的切边。
③滚动剪切机。滚动剪切机又称圆盘滚剪机（圆盘剪），按其滚刀数量可分为多滚式和单滚式两种结构。单滚式滚动剪切机只有一对圆盘剪刃，而多滚式滚动剪切机在主轴上安装有多种组合成对的圆盘剪刃，一般用于将板料同时剪裁成宽度一致的条料或带料，可以大大提高生产效率。冲压生产中运用最多的是单滚式滚动剪切机，其结构如图3-7所示。
图3-7 单滚式滚动剪切机结构
1—电动机；2，3—带轮；4～9—齿轮；10—摆动轴；11—操纵手柄；12～15—锥形齿轮；16—滚刃；17—传动轴；18—机座
单滚式滚动剪切机是用一对转动方向相反的圆盘剪刃来进行板料剪切的。滚剪可以沿直线剪切，也可以沿曲线剪切。利用滚剪能剪圆形或曲线形的特点，某些小批生产大型冲压件，可用它代替冲模下料或切边，但剪切质量和生产效率都不高。
如图3-8所示，圆盘剪刃的配置方法可分为三种：直配置适用于将板料剪裁成条料，或将方坯料剪切成圆坯料；斜直配置适用于剪裁成圆形坯料或圆内孔；斜配置适用于剪裁任意曲线轮廓的坯料。
图3-8 圆盘剪刃的配置方法
④卷材开卷机。在一些冲压自动生产线上，常需各种规格的卷料。由于钢厂生产的卷料通常是定规格的，如宽度700mm、900mm、1200mm、1500mm、2000mm等，因此卷料需要在开料线上分剪，制成所需宽度尺寸的小卷料，供冲压生产用。在大批量生产条件下，可采用全自动线开卷。图3-9为卷料开料生产线。
图3-9 卷料开料生产线
1—装载小车；2—开卷机；3—校平装置；4—料架；5—多条带料剪切机；6—地坑；7—重卷机
多条带料剪切机是利用滚剪进行卷料开料的，其工作过程为：开卷机上的卷料松卷后，使料头进入送料辊，经多辊板料校平机校平，经料架送料辊进入多条带料剪切机。根据所需带料宽度，调整好相邻刀盘之间的距离及上下刀盘之间的间隙，即可剪切出所需要的带料。带料经地坑及分离装置进入重卷机，便可制成所需宽度尺寸的小卷料。
在不能采用全自动开卷落料生产时，卷料的开卷工作也可采用普通剪板机进行；在批量较大时，也可以组成机械化生产线进行开卷、校平、剪切、堆垛，但生产效率较低。