辛 欣

（天津钢铁集团有限公司，天津300301）

0 引言

钢板剪切工序是中厚板生产流程的重要一环，矩形切割可以去除轧后母板四边集中缺陷，而精确定尺能提高钢板售价，获得更高效益。天津钢铁集团有限公司(天钢)中厚板生产线配备的双边剪可实现纵向切边工序，在实际生产过程中，产生“边部错刀凸台”、“镰刀弯”、“切斜”、“掉肉”、“剪后边浪”“上下凸台”“宽尺缩尺”等缺陷，严重影响了钢板成材率，降低了生产合格率，后续处理增加大量人工成本。

1 设备介绍

天钢中厚板配备的双边剪设备，其机架相对布置于钢板运行方向两侧，装备有固定侧、移动侧剪切机构，碎边机构，夹送辊，静压导轨调宽机构，钢板磁力对中和激光划线系统，由入口、出口辊道联动完成物料运输。

夹送辊配置在双边剪出口和入口，分固定侧和移动侧上下对置，机架内有一条托辊纵梁支撑薄板。工作状态分为空放和剪切两类，作业流程如下：

1.1 空放钢板

空放钢板时，静压导轨调宽机构移动双边剪移动侧机架打开通道，磁力对中按激光划线指示摆正钢板后送钢。钢板行进时，仅下夹送辊配合辊道输送钢板；

1.2 剪切钢板

剪切钢板时，依据激光划线定位钢板横向位置，设定机架开口度和剪切每步步长及速度。当钢板头部完全进入入口夹送范围内后其上辊自动压下，夹送到剪刃。剪切时，两侧机架上刀台带动装配其下端剪刃形成运动弧线，重合于下剪刃，完成单次钢板边部剪切。同侧碎边机构，通过机械轴相连，当钢板夹送到下一步序位置，同步截断上一刀被切毛边。当钢板头部完全通过出口夹送辊下方区域后，出口上辊压下，此时四组夹送辊同时夹持钢板。钢板尾部离开入口夹送辊区域后，入口上辊抬起。同理，钢板尾部离开出口夹送辊区域后，出口上辊抬起，剪切过程结束。

2 剪切质量问题体现及初步分析

2.1 边部双侧错刀

对钢板两边进行剪切时，相邻两刀切口的轨迹不在同一直线，当交错口超过2 mm 时，形成肉眼可见的边部缺陷。常在16 mm 厚度以下规格出现，且越薄越明显。当一侧错刀呈凸台时，对边相同位置有掉肉缺陷对应，该缺陷有时伴生“镰刀弯”缺陷（参照国标GB/T3274）。

初步分析：可因剪刃装配或机架上刀台两侧平行度差；但是，如果钢板形成“镰刀弯”缺陷，应为钢板剪切过程中形成单一方向逐步跑偏所致，主要由双边剪夹送辊安装精度、夹送辊双侧输出转速（线速度或角速度）不同步、夹送辊碟簧或液压缸等其他部件损坏造成的。

2.2 头尾边部错刀

这类缺陷和双侧错刀凸台类似，但通常在厚度大于30 mm 以上或者长度12 米以下的钢板中出现，且只分布于单边头部或尾部，钢板板身在剪切过程中运送平稳。

初步分析：此缺陷仅在入口夹送辊仅接触钢板头部或尾部刚离开入口夹送辊时的双组夹送辊夹持状态。检修中发现仅有单个夹送辊出现故障时有此表象，可根据错刀位置判断故障夹送辊的位置。

2.3 剪后边浪

钢板剪切后边部产生边浪类不平度，浪峰间距大，该类缺陷和夹送辊夹持范围对应性很强，厚度一般在10 mm 的以下的低碳钢钢板经常出现。

初步分析：同种材质钢板，其弹性模量和屈服强度一定。厚度降低，发生塑形形变的压力也会降低。夹送辊为保证稳定夹持，实际夹持力通常设置较大，易达到甚至超过其塑性变形压力，形成长度方向延展。相对于钢板非夹持部分，被夹持部分长度变长，造成不平度，形成边浪缺陷。另外，随钢板剪切温度增高，弹性模量降低，亦导致塑形形变压力变小，当夹持力超过其塑形形变压力时产生边浪。

应调整夹送辊压力厚度对应关系，合理调整薄板夹持压力值，使其即不发生打滑又不会发生塑性变形。

2.4 钢板两侧切口不规则切伤缺陷

钢板在剪切后明显产生两侧方向有对应性的剪切缺陷，但没有任何线性规律。

初步分析：钢板夹持前进过程中产生滑动，一般因夹送辊夹持力过小，使夹送辊对钢板摩擦力无法抑制钢板在前进中的动量，导致产生滑动。

2.5 掉肉和上下凸台

钢板剪切立面少肉或外凸，伴生钢板上下表面和钢板立面交接处，出现上拉或下拉的凸台情况。

初步分析：剪刃间隙过小时，其撕裂塑性变形阶段不充分，切割面滑移较早且剧烈，产生掉肉；反之，钢板温度高或剪刃间隙大的情况下，容易产生上下连续凸台。

2.6 宽度不稳定

宽度忽宽忽窄，在生产实际中多次出现过钢板头部和尾部宽度相差3 mm 到8 mm 的情况，一般板头窄板尾宽，多见厚度大于20 mm 的钢板。对钢板宽度公差控制带来极大不便。

初步分析：该现象一般因双边剪机架宽度调整机构抱闸不稳定造成。

综上，缺陷序号 1、2、3、4 和双边剪夹送辊有明显关系，可见在完成剪切工序时，其切边质量和夹送辊有密切关系。在剪切过程中双边剪夹送辊安装精度控制和夹送辊压力的调整需要我们结合实际进行研究。

3 夹送辊的安装精度的控制

夹送辊的安装精度，主要是夹送辊辊身轴向偏差、辊面标高和夹送辊辊身倾角三个方面。

3.1 辊身轴向偏差

夹送辊压在钢板表面进行转动，带动钢板前进并进行剪切。如果辊身轴向有偏差，其转动方向与钢板前进方向不平行，产生横向分速度，钢板将横向移动，产生跑偏。

检测方法：在双边剪机架内侧，水平拉一根钢丝并保证其与上刀架剪刃安装平面平行，高度大约设置在夹送辊中心位置。任取夹送辊附近X、Y 两点，测量X、Y 两点距离L 和该两点距离夹送辊端面距离sx、sy，根据正切函数计算出夹送辊辊身轴向偏差为其偏差T 值应该在0.07 mm/m 以内。如果超出此数值，需要进行调整。下夹送辊调整时，参照上夹送辊即可。

调整方法：通过调整轴向偏差调节螺栓，带动斜楔横向移动，使夹送辊向前后偏移（见图1）。根据实践经验斜楔水平方向每增减1 mm，夹送辊偏移0.05 mm/m。

3.2 下夹送辊辊面标高

在钢板夹持过程中，上夹送辊压下，下夹送辊固定。下夹送辊辊面为钢板实际移动的基准面。其标高应该高于下剪刃上表面5 mm，下辊面以及辊道若标高不同，钢板行进过程中，单侧速度方向与水平方向产生夹角，形成垂直方向分速度，辊道及夹送辊前后辊面标高差较大时会导致钢板碰撞辊面，导致两边速度不一致，产生钢板跑偏。

检测方法：根据下夹送辊的轴承座标底面和顶面的标高位置与辊道水平高度的关系进行标高测量。可以利用水准仪进行测量，也可以用2 米以上的平尺和框式水平仪对下夹送辊端最高点部逐对测量。

调整办法：调节夹送辊下方的调整螺栓（见图1）。实际操作发现，每旋转一圈螺栓，其调整量约为2 mm，要求误差控制在±0.5 mm 以内时对跑偏影响可以忽略。

图1 夹送辊安装精度调整点位

3.3 夹送辊辊身倾角

在夹送辊夹紧钢板时，上下辊辊面与钢板的上下表面理论上为紧贴状态。但因夹持力的作用，在夹送辊压下后，夹送辊的传动轴产生挠度。若夹送辊间的倾斜角度不正确，夹送辊间的夹持力无法平均分布在夹送辊辊面，此时产生转动分力矩，使钢板跑偏。所以需要对夹送辊的辊身倾角调整即为挠度调整。

3.3.1 现场检测夹送辊倾角的几种方法

3.3.1.1 观察剪后夹持部分痕迹法

钢板在剪切过程中，被夹持部分上表面氧化层有明显痕迹。夹送辊倾角正常时，其转动中心平行于钢板表面，夹持力均布在接触面上，形成均匀对称痕迹。倾角不正常时，其宽度方向夹持痕迹不平均，两侧差异明显。此方法可初步判断倾角大小和偏移方向。

3.3.1.2 塞尺粗测法

将上下夹送辊夹紧，其夹持力设置为5Mpa，而后使用0.05 mm 的塞尺测量上下夹送辊辊面在压紧之后辊面后的间隙，无法塞入为合格。

3.3.1.3 框式水平仪检查法

在夹送辊抬起状态下，利用框式水平仪侧面紧靠夹送辊内侧端面（图2 示），根据液柱显示的倾斜情况进行反向侧垫塞尺，至仪液柱显示水平。最后根据所垫塞尺厚度来计算夹送辊辊身倾角。

当塞尺厚度为h（mm），水平仪接触辊侧面到塞尺的距离为D（mm）时，定义其倾角正切值表述为理论上：上夹送辊挠度 H上=1.0 mm/m，下夹送辊挠度 H下=0.7 mm/m。

上述方法一可作为日常生产时的观察判断；方法二作为快速检验夹送辊倾角的简便方法；方法三作为安装、调整夹送辊倾角时的精确测量。

图2 夹送辊倾角框式水平仪测量法（虚线为压下状态）

3.3.2 夹送辊倾角调整方法

在安装阶段倾角是依靠改变夹送辊机架与U型框支架之间安装的调整垫厚度来实现的（见图1）。根据调试经验和与兄弟企业的多方面交流，四组夹送辊之间相互影响作用复杂，通过垫片调整角度约束条件很多，一旦调试成功后及时做好设备档案，我厂所用双边剪曾更换过出口下夹送辊，对垫片厚度保留原始厚度，剪切实际效果良好。推荐夹送辊倾角异常时，通过调整夹送辊的碟簧锁母预紧程度进行微调。

4 调整夹送辊压力解决剪切不平度问题

钢板夹送过程中，若压力过大会产生边浪缺陷，夹持力需要满足既不会发生边部塑性变形又可以顺利完成加速前进。夹送辊夹持送钢过程中，产生以下力：钢板重力、夹送辊液压压力、夹送辊重力、摩擦力等，钢板因牵引力前进受到以下因素影响

图3 每分钟剪切30 刀次T-V 图

（1）最小牵引力F：剪切时钢板每运动周期经历：匀加速运动，最大峰值速度匀速运动，匀减速运动至停止，静止待切四种状态。牵引力和钢板加速度呈正比，每分钟刀次调节范围为16 刀至30 刀，步长为1050 mm 或1300 mm（如图3 所示）。现按照每分钟30 刀切计算，设定每道步长1050 mm，其输送加速度最大为3.5 m/s，当剪切薄规格为8 mm 时最容易产生不平度，毛边宽度为2.1 m（剪切后为2 m），由于整张钢板下表面只有辊道和夹送辊的摩擦力提供前进力，上表面受夹送辊产生的合力，设实际最长钢板为研究对象，此时长度l 为40 m。

则 钢板前进最小的牵引力=质量×速度=长×宽×高×密度×速度

（2）钢板重力Gb：如上述取厚度h 数值为8 mm，宽度b 数值为2.1 m，共有四个夹送辊起支撑作用，计算重力时因整张钢板除去夹送辊外均有辊道支撑。故仅考虑需要夹送辊支撑的部分，即以距离夹送辊最近的前后辊道之间部分钢板为研究对象，其间距lb为6.7 m，则每个夹送辊上所受的钢板重力Gb

（3）夹送辊自重G1:针对夹送辊自重对钢板产生的作用力做正交分解，通过图纸可知，上夹送辊是通过销轴刚性连接于下夹送辊，其重力在钢板上的作用可忽略。

（4）由于是钢铁和钢铁间摩擦，摩擦系数μ 可取0.15，共有四组夹送辊，故单组夹送辊所需的动力F0。所以上夹送辊摩擦力与下夹送辊摩擦力之和满足以下要求可实现钢板正常输送。

μ×（G1+F0）+μ×（G1+F0+Gb）＞F/4，当 G1取 0 时，

则 F0＞14190N 可实现夹送。

式中:单滚最小夹送压力，N。

反向推算，原来调试设定剪切8 mm 钢板时采用的液压缸压强P 为50bar，根据生产实际，此压强夹持低碳钢时，钢板边部极易塑性变形。通过实践调定，剪切该厚度压力减小到40bar 时，无边部变形缺陷。该液压缸的缸径和杆径分别为160 mm 和90 mm，则此时压紧缸作用到钢板上的压力F1等于油缸压力乘它的实际力臂比。

F1＞F0，可以满足钢板压紧需求。同理，计算同样容易产生切后不平度的低碳钢，厚度10 mm 时也可以满足要求。

5 总结

综上所述，发现双边剪夹送辊安装精度和夹送辊压力设置大小是现实生产中产生“边部错刀凸台”、“镰刀弯”、“切斜”、“掉肉”、“剪后边浪”“上下凸台”“宽尺缩尺”等缺陷的主要原因。通过采取夹送辊的安装精度的控制和按品种规格调整夹送辊压力等措施，提高了钢板的剪切质量，解决了困扰生产的很多问题，尤其在切后边浪缺陷方面，措施采取前剪切边浪缺陷出现严重，仅8 mm～10 mm 两规格于2018 年曾经产生3 次60 吨以上质量事故，各别月份产生不合格品达到60 片以上，严重影响了钢板成材率和合格率，给后续处理增加了大量人工成本。通过工艺和设备的科学调整，目前该类缺陷基本为为零，钢板成材率和合格率显著提高，后续处理的人工成本大幅减少了。