胶圈式装订机打孔刀的结构设计与性能优化研究

摘要

近年来，随着办公设备的不断进步，装订设备应运而生。在众多装订设备中，胶圈式装订机因其功能特点得到了最广泛的应用，已逐渐成为现代办公室不可缺少的办公设备之一。打孔刀为胶圈式装订机的重要核心部件，打孔刀的刃口结构、尺寸将直接影响打孔剪力的大小和纸孔的质量，要想提高装订机的性能，很可取的方法就是从关键部件打孔刀入手，提高打孔刀的性能。解决了这一问题，将从源头上大幅提升装订机的整体使用性能，为装订设备进一步普及各行各业、走入千家万户，为装订设备行业的崛起，提供坚实的技术后盾。
　　 本文针对市场上现有的几种胶圈打孔刀进行了纸张打孔实验测试，通过测试数据分析其结构参数对打孔性能的影响、分析打孔剪力在打孔过程中的变化情况，并进一步分析了剪切过程。同时，探讨了胶圈打孔刀的打孔质量及纸孔疵病的形成原因。其次，基于纸张的力学特性以及塑性材料的剪切机理，探讨了胶圈打孔刀的剪纸机理，并对打孔剪力从理论的角度进行了力学分析，得到了胶圈打孔刀剪纸机理的理论预测模型。利用这个数学模型，结合原有打孔刀的结构特性，对胶圈打孔刀进行优化设计，设计出一种新型的胶圈打孔刀结构。通过实验测试，显示出新型刀在各项性能方面都得到了提升，同时也验证了剪纸机理的数学模型可以基本实现对新型胶圈打孔刀剪纸力特性的预测。最后，利用新型胶圈刀的实验数据，结合多目标优化设计理论，对整体式打孔刀进行优化，采用1stOpt综合优化软件包对优化目标函数进行求解，所得结果显示出优化后的整体式打孔刀各方面性能都有所提升。
　　 本文提出的理论模型基本实现了对胶圈打孔刀剪纸时最大剪纸力的预测，可以满足对胶圈刀剪纸机理进行解释的要求，同时也为胶圈打孔刀的研制和开发提供了一种必要的、较合理的数学模型支持。