(阳江市质量计量监督检测所，广东省阳江市 529500) 陈家欣

 

摘要：研究设计和制造了一种机电一体化的剪刀剪切性能测试仪，对其结构、测试原理、自动化、数据采集进行了详细介绍;对剪刀剪切不同测试介质的过程和结果进行了对比研究;通过观察剪切力矩和剪片刃口的变化，探索提出了一种剪刀剪切性能检测方法，即先对剪刀进行多次空剪后，再剪切某种介质一定次数，之后检验剪刀的剪切功能是否正常来判断剪刀的剪切性能是否合格。

关键词：剪刀 剪切性能 力矩 测试介质 检测方

 

1.引言

剪刀是我们日常生活中经常使用的一种五金刀剪产品，一般用于剪切剪裁。不同款式不同材质的剪刀的耐久剪切性能都有所不同。剪刀的剪切性能与其几何形状、制造精度、热处理状况紧密联系。因此，在剪刀生产制造过程中，最后有一个工序就是剪刀耐久剪切性能的测试。传统的测试方式采用人工操作目测法，这种方式效率低，耗时耗力，而且无法准确记载剪切测试次数等数据。后来采用了一些自动化测试设备，但是普遍存在结构复杂，成本高等问题，对于一般的中小生产型企业增加了生产成本。而我国行业标准QB/T 1966-1994《民用剪刀》[1]对剪刀剪切性能的规定是先剪一层绸一次，不带丝;后正、反剪布一层，不轧布，手感轻松、均匀，剪布锋利，不咬口、崩口、变形。标准没有对耐用度方面的规定。为了克服现有技术中的缺陷和不足，笔者研究了一种剪刀剪切性能测试仪器，并对剪刀剪切性能检测方法进行探索研究。

2. 剪刀剪切性能测试仪的结构及测试原理

1.1结构

剪刀剪切性能测试仪的结构包括送料机构和测试机构，如图1所示。

图1a)为送料机构的俯视结构图。送料机构采用滚筒传动的卷布筒送料结构，包括基板(11)、位于基板一侧的定点轴(12)和整形轴(13)与传动轴(14)、及位于基板相对侧的送料电机(15)，其中，定点轴固定于基板上，整形轴和传动轴活动设置于基板上，送料电机通过皮带(16)与传动轴传动连接配合。

图1b)为测试机构的正面内部结构图。测试机构位于送料机构下方，包括底座(21)、剪刀定位组件(22)及剪刀开合驱动组件(23)。剪刀定位组件包括设置于底座上方的定位支座(221)、设置于支座顶部的翻转“T”形定位槽(222)、及嵌装于翻转“T形”定位槽中用于锁紧剪刀单臂的定位锁杆(223)。

剪刀开合驱动组件(23)包括设置于底座内部的开合电机(231)、通过轴承件定位在底座内部且下端通过齿轮组合(232)与开合电机传动连接配合的旋动主轴(233)、通过转臂(234)与伸出底座外部的旋动主轴(233)上端传动连接的配合的开合推杆(235)。测试机构还包括有计数组件，计数组件具有感应开合推杆开合次数的计数传感器。

测试时，如图1c)所示，将剪刀(4)的其中一单臂通过定位锁杆固定在定位基座(221)上，剪刀的另一单臂套在开合推杆(235)上，然后将卷布筒(5)上的布料通过整形轴(13)和传动轴(14)后落入剪刀的刀刃口中，通过开合电机和送料电机的不断驱动，剪刀将进行循环的开合剪切动作，对连续不断落下来的介质进行剪切，同时记载剪切次数。

a) 送料机构的俯视结构图

      

b) 测试机构的正面内部结构                   c) 仪器使用示意图

图1 剪刀剪切性能测试仪示意图

 

Fig.1 schematic diagram of instrument for Shear property of scissors: a) overlook structure diagram of feeding body; b) internal structure of the test body; c) schematic diagram for the use of instrument

 

1.2测试原理

机器开动时，旋动臂带动剪臂往复运动，模拟剪裁动作。在剪裁时送料器定量定时送介质，电脑及监控传感技术进行剪切参数记录。利用电脑分析剪刀剪切力矩大小，以此为指标，获得对锋利度大小的量化。通过记录成功的剪切持续次数，以此为指标确定剪刀的耐用度。

1.3仪器的自动化介绍

调节剪刀位置和装载测试介质后，机器的运作是完全自动化的。机器的功能均由微处理器单元控制，该单元自动调节电动气动设备，控制马达按照固有的程序运作。整个单元受制于PLC可编程控制器。PLC提供了一个触摸屏的界面，通过该界面可以管理测试数据及参数，处理测试结果并进行当前数据测试与以往测试结果的快速记录。测试数据经处理后，可储存在数据库中，以便之后的试验数据读取与对比。    1.4试验数据的采集

将剪刀安装到测试仪上，装好测试介质按“起动”按钮，剪切测试便自动进行。测试仪采集的测试数据为介质抵抗剪切形成的扭矩。可供研究的数据文件以多种方式呈现，第一种方式是数据报表，记录每一次剪切过程的平均扭矩，以数据文件的形式呈现，如图2所示;第二种方式是记录一把剪刀样品每一次剪切过程的平均扭矩，以图的形式呈现，其中横坐标为剪切次数，纵坐标为扭矩(单位为N)，如图3所示。

图2 剪刀剪切数据记录报表图 图3 剪刀剪切数据记录图

Fig.2 Shear data record chart of Scissors Fig.3 Shear data kymogram of scissors

3. 测试介质的选择

参考GB/T 30479-2014《不锈钢水果刀》[2]标准中测试介质为W5.06金相砂纸(1200目)，本研究首先使用金相砂纸为测试介质。将测试介质制成宽度为40mm～150mm的卷轴，长度不限。在200次的剪切试验中，得到如图4所示的试验结果。从图中并没有观察到预想中的递减趋势。于是将试验次数提高到500次，测试结果如图5所示，图中递减趋势仍然没有出现。

a) 200次

b) 500次

 

图4 剪切W5.06金相砂纸(1200目)测试结果图

Fig.4 test result diagram of Shearing W5.06 metallographic sandpaper (1200 mesh): a) 200 times; b) 500 times

研究过程还试用了其它介质包括紫铜板、牛皮纸、铜版纸、普通砂纸等，测试结果发现，剪刀剪切这些介质时，剪切扭矩基本恒定在某一范围，测试数据与图4非常相似。且在测试不同介质的试验中均未出现明显的崩口、剪刀片外弯、铆钉松动、咬口、不能剪断介质等剪刀失效现象。

为全面了解仪器及介质对剪刀剪切性能的适用情况，试验了从市场购买的100种不同品牌不同款式的剪刀。为更清晰直观地了解试验结果，将试验结果用柱状图表示，如图5所示。试验后，发现不同品牌剪刀、不同介质的试验结果均呈现等高柱，没有递增或递减。这一现象的高度重复性，说明剪刀的耐用性很好。

图5 测试结果柱状图

Fig.6 Histogram of test results

试验后，观察剪片刃口的情况，如图6至图9所示。从图中可知，虽然试验过程中剪刀剪切介质形成的抵抗扭矩没有明显的变化，但被测剪片的确出现了快速磨损。从图9中可看出，剪切了100次180#砂纸的剪刀，刃口已经很粗糙，但剪切扭矩没有明显变化，说明剪刀的锋利度与外口粗糙度相关性较低，与里口的粗糙度相关性较高，与剪片的刚性和装配工艺相关性较高。

图6 新剪刀外刃口

 

Fig.6 Outer cutting edge of the new scissors

图7 剪切100次180#砂纸后剪刀外刃口

 

Fig.7 Outer cutting edge of scissors after shearing 180# sandpaper 100 times

图8 剪切100次180#砂纸后剪刀里刃口

 

Fig.8 Inside cutting edge of scissors after shearing 180# sandpaper 100 times

图9 已钝剪刀的里刃口

 

Fig.9 Inside cutting edge of the blunt scissors

4. 测试方法的确定

为找到能对比剪刀的剪切性能优劣的理想方法，剪切次数要极大增加。为此对单个样品做了剪切10，000次至200，000次的试验，以便找到剪刀的使用寿命区间。试验结果发现，有的剪刀经过200，000次试验后，功能仍然正常。而有些样品出现剪轴松动现象，装配间隙增大，剪切功能渐渐衰减。

由于剪切200，000的测试周期很长，必然造成检测成本升高，影响市场的接受度。我们根据前面的数据可以推断，剪刀的失效与测试介质的相关性不高，而与测试周期相关性较高。为减少测试周期和减少介质消耗量，提出了空剪试验，即以空气为介质，空剪较多次数后，再剪切某种介质一定次数后，检验剪刀的功能是否仍正常来判断剪刀的剪切性能是否合格。这样可以提高试验频率，也能缩短单个试样的测试时间。

5. 结论

(1)研制了一种机电一体化的剪刀剪切性能测试仪，通过记录成功的剪切持续次数，以此为指标确定剪刀的耐用度。该测试仪结构简单合理、操作容易、成本低，且能有效准确记载测试数据，适于企业的推广使用。

(2)不同剪刀剪切不同的测试介质，剪切扭矩没有明显变化，说明剪刀的锋利度与外口粗糙度相关性较低，与里口的粗糙度相关性较高，与剪片的刚性和装配工艺相关性较高。

(3)探索提出了一种剪刀剪切性能检测方法，即先对剪刀进行多次数的空剪后，再剪切某种介质一定次数，之后检验剪刀的剪切功能是否正常来判断剪刀的剪切性能是否合格。

参考文献

[1] QB/T 1966 -1994《民用剪刀》[S]北京: 中国轻工业出版社, 1995;

[2] GB/T 30769 -2014《不锈钢水果刀》[S]北京: 中国标准出版社, 2015;