电工钢板材主要用于制作变压器、发电机、电动机的电磁铁芯,在电力电子装备、新能源汽车等领域有广泛的应用。电磁铁芯在制造过程中,需要先将宽幅面的冷轧电工钢板材通过圆盘刀纵剪分条成设定宽度的带材,再进一步直刀横剪成设定长度的板带或者作为冲裁加工的带料,剪切加工面直接成为制品的组成部分。电工钢板材剪切加工过程中在刀具切削刃作用下会发生弹性变形、塑性剪切和韧性断裂。断面附近会存在较大的残余应力并损坏磁畴排列,断面形貌上会产生塌角和毛刺,造成板材磁导率下降、铁芯叠片系数降低和铁损增大,甚至引起短路导致电气设备的损坏,因此需要研究电工钢剪切加工机理和工艺,以降低剪切加工损伤、减小磁性能损失来降低铁芯损耗。本文针对电工钢晶粒直径达到数十微米乃至数毫米的独特多晶体晶粒结构,通过优化剪切工艺参数、改善刀具刃磨方式、采取适当润滑等手段,降减剪切边缘损伤和毛刺,其具体工作可分为以下四个方面:首先,针对不同性能的电工钢板材(取向性、非取向性、不同晶粒尺寸d),系统实验研究了斜刃横剪加工工艺参数(相对侧向间隙c/t、板材厚度t等)对剪切断面质量和材料加工硬化的影响。发现在整体上,只有剪切间隙取适当值时具有较好的加工效果,剪切间隙太小刀具磨损严重,剪切间隙过大,断面完整性不高,加工硬化趋于严重,剪切质量变差,铁损增加,磁性能变差,相对剪切间隙为3%-5%时可得到较为理想的剪切断面。板材厚度越小,加工硬化越严重,剪切质量越差。其次,系统研究了电工钢剪切过程中横剪刀的磨损过程、磨损形态及磨损机理,探讨了刀具磨损对剪切质量和剪切力的影响,发现了斜刃剪切刀具为非均匀磨损,在刀具侧面形成的磨损带会恶化剪切质量。为减少刀具磨损和提高剪切质量,研究了润滑剂种类(粉末、液体)对剪切质量的影响,发现MoS2粉末润滑剂的剪切效果优于液体润滑;刀具表面粗糙度与润滑效果具有匹配性,发现当刀具表面粗糙度Ra为0.2 μm时润滑对加工质量改善效果最好;刀具磨削纹理方向对剪切加工质量及剪切力有明显的影响,当刃磨纹理与刀具刃口方向呈45°角时能取得最佳的剪切质量,为刀具刃磨工艺提供了有益参考。再次,研究了剪切断面的形成机制。基于材料拉伸实验研究了剪切、45°拉伸-剪切复合、拉伸等3种应力状态下电工钢的变形和断裂过程,结果表明应力三轴度对材料的塑性变形和断裂行为有决定性的影响。使用高速显微摄影跟踪电工钢板材剪切过程中的组织流动,利用金相检测、EBSD、晶粒表面滑移带SEM观测等手段研究了剪切过程中的晶粒变形和断面形成过程,利用有限元仿真分析剪切区应力应变分布状态。发现剪切间隙是影响剪切变形的关键因素,剪切间隙增大,应力集中区域更大,组织流动区域增大,晶粒变形区域更大。此外,制备了不同晶粒尺寸(31-360μm)的电工钢试样,研究了晶粒尺寸效应对剪切断面特征的影响机理,结果表明剪切不仅受刀具状态和工艺参数影响,还与材料性能及微观结构有关,对于大晶粒尺寸材料在剪切中容易出现缺陷,需要适当减小剪切间隙和提高刀具锋锐度。最后,对横剪机和圆盘剪分切机进行改造,采用Kistler 5073A测力仪搭建了剪切加工过程实时测力平台,系统实验研究了材质(取向性\非取向性、晶粒尺寸)、板材厚度(板厚0.23-0.65mm)、圆盘刀纵剪和直刀横剪组刀参数(剪切间隙、刃口半径、压板力等)对剪切力的影响。对比分析了传统公式的剪切力理论计算值与实际测量值,发现板材厚度较小时剪切刀具刃口尺寸效应和晶粒尺寸效应对剪切力和材料剪切应力应变状态有显著影响。此外,提出了一种基于本征模态函数能量矩和隐式Markov模型的圆盘剪分切机状态识别方法,成功识别了圆盘剪分切机机床停机、空转、圆盘刀径向跳动等多种故障。