剪刀剪切性能檢測方法的研究

陳家欣，聶月生，鐘 梅，周聯生

（陽江市質量計量監(jiān)督檢測所，廣東陽江 529500）

0 引言

剪刀是日常生活中經常使用的一種五金刀剪產品，一般用于剪切剪裁。不同款式不同材質的剪刀其耐久剪切性能都有所不同。剪刀的剪切性能與其幾何形狀、制造精度、熱處理狀況緊密聯系。因此，在剪刀生產制造過程中，最后一個工序是對剪刀耐久剪切性能的測試。傳統的測試方式采用人工操作目測法，這種方式效率低、耗時耗力且無法準確記載剪切測試次數等數據。后來采用一些自動化測試設備，但是普遍存在結構復雜、成本高等問題，對于一般的中小生產型企業(yè)增加了生產成本。而我國行業(yè)標準QB/T 1966-1994《民用剪刀》[1]對剪刀剪切性能的規(guī)定是先剪一層綢一次，不帶絲；后正、反剪布一層，不軋布，手感輕松、均勻，剪布鋒利，不咬口、崩口、變形。標準沒有對耐用度方面的規(guī)定。為了克服現有技術中的缺陷和不足，作者研究一種剪刀剪切性能測試儀器，并對剪刀剪切性能檢測方法進行探索研究。

1 剪刀剪切性能測試儀的結構及測試原理

1.1 結構

剪刀剪切性能測試儀的結構包括送料機構和測試機構，如圖1所示。

圖1（a）為送料機構的俯視結構圖。送料機構采用滾筒傳動的卷布筒送料結構，包括基板11、位于基板一側的定點軸12和整形軸13與傳動軸14及位于基板相對側的送料電機15。其中，定點軸固定于基板上，整形軸和傳動軸活動設置于基板上，送料電機通過皮帶16與傳動軸傳動連接配合。

圖1（b）為測試機構的正面內部結構圖。測試機構位于送料機構下方，包括底座21、剪刀定位組件22及剪刀開合驅動組件23。剪刀定位組件包括設置于底座上方的定位支座221、設置于支座頂部的翻轉T形定位槽222，以及嵌裝于翻轉T形定位槽中用于鎖緊剪刀單臂的定位鎖桿223。

剪刀開合驅動組件23包括設置于底座內部的開合電機231、通過軸承件定位在底座內部且下端通過齒輪組合232與開合電機傳動連接配合的旋動主軸233、通過轉臂234與伸出底座外部的旋動主軸233上端傳動連接的配合的開合推桿235。測試機構還包括有計數組件，計數組件具有感應開合推桿開合次數的計數傳感器。

圖1 剪刀剪切性能測試儀示意圖Fig.1 schematic diagram ofinstrumentfor Shearproperty ofscissors:

測試時，如圖1（c）所示，將剪刀4的其中一單臂通過定位鎖桿固定在定位基座221上，剪刀的另一單臂套在開合推桿235上，然后將卷布筒5上的布料通過整形軸13和傳動軸14后落入剪刀的刀刃口中，通過開合電機和送料電機的不斷驅動，剪刀將進行循環(huán)的開合剪切動作，對連續(xù)不斷落下來的介質進行剪切，同時記載剪切次數。

1.2 測試原理

機器開動時，旋動臂帶動剪臂往復運動，模擬剪裁動作。在剪裁時送料器定量定時送介質，計算機及監(jiān)控傳感技術進行剪切參數記錄。利用計算機分析剪刀剪切力矩大小，以此為指標，獲得對鋒利度大小的量化。通過記錄成功的剪切持續(xù)次數，以此為指標確定剪刀的耐用度。

1.3 儀器的自動化介紹

調節(jié)剪刀位置和裝載測試介質后，機器的運作是完全自動化的。機器的功能均由微處理器單元控制，該單元自動調節(jié)電動氣動設備，控制馬達按照固有的程序運作。整個單元受制于PLC可編程控制器。PLC提供一個觸摸屏的界面，通過該界面可以管理測試數據及參數，處理測試結果并進行當前數據測試與以往測試結果的快速記錄。測試數據經處理后，可儲存在數據庫中，以便之后的試驗數據讀取與對比。

1.4 試驗數據的采集

將剪刀安裝到測試儀上，裝好測試介質按“起動”按鈕，剪切測試便自動進行。測試儀采集的測試數據為介質抵抗剪切形成的扭矩?？晒┭芯康臄祿募远喾N方式呈現，第一種方式是數據報表，記錄每一次剪切過程的平均扭矩，以數據文件的形式呈現，如圖2所示；第二種方式是記錄一把剪刀樣品每一次剪切過程的平均扭矩，以圖的形式呈現，其中橫坐標為剪切次數，縱坐標為扭矩，如圖3所示。

圖2 剪刀剪切數據記錄報表圖Fig.2 Shear data record chartofScissors

2 測試介質的選擇

參考文獻[2]中測試介質為W5.06金相砂紙（1200目），首先使用金相砂紙為測試介質。將測試介質制成寬度為40～150 mm的卷軸，長度不限。在200次的剪切試驗中，得到如圖4所示的試驗結果。從圖中并沒有觀察到預想中的遞減趨勢。于是將試驗次數提高到500次，測試結果如圖5所示，圖中遞減趨勢仍然沒有出現。

圖3 剪刀剪切完100剪的數據記錄圖Fig.3 Sheardata kymogram ofscissors

研究過程還試用了其他介質包括紫銅板、牛皮紙、銅版紙、普通砂紙等，測試結果發(fā)現，剪刀剪切這些介質時，剪切扭矩基本恒定在某一范圍，測試數據與圖4非常相似。且在測試不同介質的試驗中均未出現明顯的崩口、剪刀片外彎、鉚釘松動、咬口、不能剪斷介質等剪刀失效現象。

圖4 剪切W5.06金相砂紙（1 200目）測試結果圖Fig.4 test result diagram of Shearing W5.06 metallographic sandpaper(1 200 mesh)

為全面了解儀器及介質對剪刀剪切性能的適用情況，從市場購買的100種不同品牌不同款式的剪刀進行試驗。為更清晰直觀地了解試驗結果，將試驗結果用柱狀圖表示，如圖5所示。試驗后，發(fā)現不同品牌剪刀、不同介質的試驗結果均呈現等高柱，沒有遞增或遞減。這一現象的高度重復性，說明剪刀的耐用性很好。

圖5 測試結果柱狀圖Fig.5 Histogram oftestresults

試驗后，觀察剪片刃口的情況，如圖6—9所示。從圖中可知，雖然試驗過程中剪刀剪切介質形成的抵抗扭矩沒有明顯的變化，但被測剪片的確出現了快速磨損。從圖9中可看出，剪切了100次180#砂紙的剪刀，刃口已經很粗糙，但剪切扭矩沒有明顯變化，說明剪刀的鋒利度與外口粗糙度相關性較低，與里口的粗糙度相關性較高，與剪片的剛性和裝配工藝相關性較高。

圖6 新剪刀外刃口Fig.6 Outer cutting edge ofthe new scissors

圖7 剪切100次180#砂紙后剪刀外刃口Fig.7 Outer cutting edge of scissors after shearing 180#sandpaper 100 times

圖8 剪切100次180#砂紙后剪刀里刃口Fig.8 Inside cutting edge of scissors after shearing 180#sandpaper 100 times

3 測試方法的確定

為找到能對比剪刀的剪切性能優(yōu)劣的理想方法，剪切次數要極大增加。為此對單個樣品做了剪切10 000—200 000次的試驗，以便找到剪刀的使用壽命區(qū)間。試驗結果發(fā)現，有的剪刀經過200 000次試驗后，功能仍然正常。而有些樣品出現剪軸松動現象，裝配間隙增大，剪切功能漸漸衰減。

由于剪切200 000的測試周期很長，必然造成檢測成本升高，影響市場的接受度。根據前面的數據可以推斷，剪刀的失效與測試介質的相關性不高，而與測試周期相關性較高。為減少測試周期和減少介質消耗量，提出了空剪試驗，即以空氣為介質，空剪較多次數后，再剪切某種介質一定次數后，檢驗剪刀的功能是否仍正常來判斷剪刀的剪切性能是否合格。這樣可以提高試驗頻率，也能縮短單個試樣的測試時間。

4 結論

（1）研制一種機電一體化的剪刀剪切性能測試儀，通過記錄成功的剪切持續(xù)次數，以此為指標確定剪刀的耐用度。該測試儀結構簡單合理、操作容易、成本低，且能有效準確記載測試數據，適于企業(yè)的推廣使用。

（2）不同剪刀剪切不同的測試介質，剪切扭矩沒有明顯變化，說明剪刀的鋒利度與外口粗糙度相關性較低，與里口的粗糙度相關性較高，與剪片的剛性和裝配工藝相關性較高。

（3）探索提出一種剪刀剪切性能檢測方法，即先對剪刀進行多次數的空剪后，再剪切某種介質一定次數，之后檢驗剪刀的剪切功能是否正常來判斷剪刀的剪切性能是否合格。