王 麒，王海涛，谷 田，王 朝，金 鑫，王凯飞

（唐钢高强汽车板公司，河北 唐山 063000）

在汽车用钢制造领域，由于高强钢的屈服强度和抗拉强度相对于普碳钢、结构钢更高，因此，高强钢的应用已成为汽车行业实现轻量化和确保强度的主要方法之一。但是，高强度钢板的机械性能不同于普通钢板，其屈服强度远远高于普碳钢、低碳钢等，给带钢在冷轧过程中的切边质量和精度控制带来了困难。切边剪设备在冷轧生产线上的应用极为普遍，其功能是切掉带有更多缺陷的带钢边部，并确保成品带钢的宽度。剪切设备的制造精度、安装精度、参数设置和控制精度对带钢的修整质量和设备的操作稳定性都具有较大的影响。在生产线生产高强度钢的过程中，剪刃 经常发生崩刃及切边质量偏低问题，严重时，带钢边缘可能会出现深度大于1mm的边缘裂纹，严重影响产品质量和生产效率。

本文研究了剪刃间隙重叠量、剪刃硬度、剪刃刃口角度等方面与切边剪使用周期及切边质量的关系，为切边剪圆盘剪提升使用周期及高强钢切边质量的提升提供了技术支持。

1 切边剪的工作原理

切边剪的作用是将带钢切成预设的宽度，并将剪下的废边送到下游的碎边剪处。切边剪由上下错位、垂直的两片圆形刀片组合而成，其中下圆盘剪位于带钢边缘内侧，主要用于支撑带钢；上圆盘剪位于带钢边缘外侧，主要用于剪切带钢多余的边部。切边剪无主动电机，剪切时完全靠带钢的前进来驱动圆盘剪的转动，其剪切速度与带钢行进速度相同，上下圆盘剪通过带钢驱动，通过连续转动来咬入带钢，使带钢经过弹性变形→塑性变形→断裂三个阶段，最终将多余的带钢边部与带钢切断分离。在工作时，通过自动化控制系统预先设置一定的圆盘剪间隙和重叠量，当带钢通过圆盘剪时，会受到上下两个圆盘剪施加的压力，与圆盘剪剪接触的部分发生弹性变形，随着圆盘剪的转动，带钢的弹性变形会持续增大，当压力达到屈服上限时，带钢发生塑性变形，当带钢的塑性变形量达到带钢厚度的1/4到1/2（随着带钢规格与钢质的变化而变化）时，发生塑性变形的区域将断裂，从而完成剪切过程，同时剪切时的废边由于自身重力及上剪刃的剪切力而向下折弯，进入碎边剪或卷边机。

2 刀具崩刃后的形貌

切边剪锛刀后在带钢边部会出现明显的多肉、锯齿边等缺陷，严重的在经过轧机轧制后会出现边部裂口，甚至导致带钢在轧机区域断带。

切边剪圆盘剪的损伤主要有卷刃、硌伤、裂纹、掉块等。其中卷刃的主要原因是剪刃硬度太低；硌伤主要为原料表面或者皮下夹杂导致，圆盘剪剪切过程中切到较硬的夹杂物时（一般为低速时）容易将刃口硌出一个缺口；裂纹及掉块缺陷一方面是因为剪刃硬度过高，导致在剪切高强钢时出现了“两败俱伤”的情况，另一方面是剪切过程中由于应力集中导致，在生产高强钢时圆盘剪主要出现的缺陷就是裂纹及掉块。

图1 刀具泵刃后的表面结构

3 切边剪锛刀原因分析

3.1 切边剪碎边导槽堆边

切边剪剪切下的废边会通过导槽进入碎边剪，在高速剪切时如果发生导槽堆边，操作工会立即停车处理，在高速瞬时停车过程中，剪刃会受到一个瞬时的冲击力而导致锛刀，它不仅破坏了切边的质量，而且影响了生产的稳定性。导致碎边剪导料槽堆边的原因主要有：

（1）原料C翘严重、废边宽度较窄或者原料边部存在裂口、夹杂等缺陷，导致切边剪高速剪切时废边突然断裂，无法进入碎边剪；

（2）碎边剪剪刃老化，随着工作公里数的增加，碎边剪崩刃及塌陷的可能性呈指数增长，通过现场数据统计，在碎边剪工作公里数达到450～500km时，无法切断废边的几率会明显升高，尤其在生产较薄规格带钢时，一般会出现3～4刀的连刀情况，进而导致堆边。

3.2 原料板严重边部浪形

由于高强钢屈服强度较高，导致热轧板带在生产时板型控制普遍较差，带钢多数存在单边或双边浪形，浪形较严重时会导致切边剪剪刃受力不均，从而在应力作用下导致锛刀。

如果在切边剪区域发现单边浪形，还有一种可能性是切边剪前的张力辊两侧磨损不均或者张力辊出现倾斜，导致带钢在大张力的作用下形成单边浪形，这种情况可以通过对比张力辊前后的板型情况来确认，当带钢通过张力辊后若出现板型恶化则可确认为张力辊导致。

3.3 切边剪参数使用不合理

高强钢屈服强度高、硬度高、脆性大，对剪刃的剪切抗力大，所以在切边瞬间对剪刃的冲击力较强，切边时即使不用太大的剪切挤压力也会使剪切力朝垂直剪切方向传递。因此，当切割高强度钢时，可以适当地减小重叠量，并且可以增大剪切刀片间隙，以减小对剪切刀片的冲击力并防止碎裂。

4 切边质量控制措施

4.1 优化剪刃间隙和重叠量参数

剪切刀片的间隙和重叠是影响带钢剪刃质量和剪切刀片使用寿命的重要参数。根据对材料断裂理论相关方面的研究，断裂的主要裂纹方向与材料的材料和剪切刀片的间隙有关。对于硬度较低的带钢，刀缝减小，塑性变形区减小，剪切力面积减小，有利于形成撕裂面。对于高强度钢，由于其具有高脆性和高硬度的特性，所以不容易产生塑性变形，剪切过程中的剪切抗力较大，尤其在使用小刀隙的情况下，由于力矩更小，导致剪刃受到的阻力成倍增加，并且高强钢的导热性差，在剪切过程中，剪切区中的应力和热量集中在一个小的接触表面上，从而提高了切割温度以及应力集中，导致磨损加剧，并且降低了剪刃的耐久性，进而导致锛刀。而目前我厂切边剪的圆盘剪剪刃间隙是通过大量生产数据的总结分析，以及结合不同钢质不同规格的屈服强度进行的预设，由于建厂较晚，对高强钢的数据积累不够完善，在非高强钢中统计出的剪刃间隙及重叠量的使用经验不适用与高强钢生产，在最初的生产中由于间隙量使用过小，导致大量圆盘剪在剪切高强钢时仅使用到30～40km便发生锛刀，通过对不同的刀隙、重叠量进行试验，使用大刀隙、小重叠量的组合切边效果最好，同时剪切高强钢时圆盘剪使用周期延长到了120～150km左右。

因此，有必要根据带钢的厚度，材料和硬度重新优化间隙和重叠参数，根据带钢的钢质及规格预设不同的剪刃刀隙及重叠量。在高强钢切边时，使用大刀隙、小重叠量可以明显改善切边效果，减小对圆盘剪剪刃的冲击，降低圆盘剪锛刀几率，同时对轧机区域高强钢轧后裂口的缺陷会有明显改善。

4.2 明确剪刃上线前间隙偏差

圆盘剪的刀隙是影响切边效果及造成圆盘剪锛刀的主要原因之一，因此剪刃间隙的实际值与设定值的偏差也会影响切边效果及圆盘剪的使用周期。

影响刀隙偏差的主要有两个方面，一是圆盘剪本身端面的水平度，二是安装圆盘剪时的精度偏差。针对圆盘剪的水平度，我们与厂家沟通后，要求每片圆盘剪出厂前都要进行水平度的检查，水平度必须保证在0.01mm以内。针对安装的精度偏差，我们要求圆盘剪安装时要用塞尺测量8点间隙，每点相差25°左右，并要求间隙偏差在5道（0.05mm）以内。

4.3 严格控制剪刃的硬度

目前我厂生产的高强钢的热轧板带的屈服强度基本在400MPa～500MPa，有些甚至高达600MPa。在生产过程中我们最开始尝试使用高硬度的圆盘剪剪切高强钢，但是由于剪刃与带钢的“针锋相对”，反而经常发生锛刀事故。

因此我们在生产中试验了50HRC～52HRC、52HRC～54HRC、54HRC～56HRC、56HRC～58HRC以及58HRC～60HRC几个硬度梯度的圆盘剪进行了试验。实验发现圆盘剪硬度低于54HRC时剪切高强钢易发生卷刃，高于56HRC时圆盘剪容易与带钢发生“针锋相对”的情况，导致锛刀，而圆盘剪硬度在54HRC～56HRC时可以在保证切边质量的情况下减少锛刀事故。

表1 剪刃的硬度分析

4.4 控制热轧板带来料质量

在热轧板带上线生产前，应提前检查带钢边部质量，将存在边部损伤的钢卷按损伤程度进行分类，裂口深度大于切边宽度的进行退线处理，小于切边宽度的对裂口位置进行标注，生产时切边剪速度降低至30m/min以下生产（通过实际生产总结，在切边剪速度较低时可以有效降低瞬时停车对切边剪的冲击力）。对于存在严重边浪的钢卷，在生产时切边剪速度不高于100m/min进行生产。

4.5 加大圆盘剪剪刃角度

常用的圆盘剪与带钢接触的刃口部分为90°角，将此角度改为91°～95°之间的钝角可以有效降低剪切过程中剪刃受到的应力，对提高圆盘剪寿命及减少锛刀事故有明显效果。

4.6 其他措施

在大量生产高强度钢之前，有必要生产1至2卷非高强钢用于热刀，使圆盘剪的内部结构更均匀，并避免由局部硬点或局部软点引起的碎裂或剪刃质量缺陷。此外，带钢的频繁加减速也是影响切边效果及锛刀的重要因素。瞬时速度变化将破坏原始的剪切力平衡，并且带钢和剪切刀片的应力在短时间内会很严重。变化会增加摩擦力，局部高温会在剪刃上产生软点，这会影响剪刃的寿命和切削质量。

5 结论

综上，切边剪在剪切高强钢时，应使用大刀隙配合小重叠量，同时剪刃硬度要控制在合理范围内，带钢存在较大浪形的情况下应适当降低切边速度，在减小圆盘剪受到的冲击力的同时减小碎边剪导槽堆边的几率。