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冷轧圆盘剪剪切原理及常见缺陷分析

2022-06-01叶亮

科学与财富 2022年3期
关键词:剪切力间隙

叶亮

摘  要:圆盘剪作为冷轧生产板带产品的核心设备,用来剪切带钢边部,并保证整个带钢的宽度一致,提高带钢的宽度精度,广泛应用于酸洗-轧机联合机组,是带钢生产过程中的重要设备。本文对圆盘剪工作原理进行介绍,并对常见缺陷进行分析控制。

关键词 :圆盘剪;剪切力;间隙;重叠量

1概述

圆盘剪从传动形式上可分为动力剪和拉剪。从剪切方式可分为对心式和偏心式。我厂圆盘剪为偏心式、无驱动类型,通过专用的电动偏心轴调整剪刃间隙及重叠量。剪刃系统会自动补偿圆盘剪剪刃厚度差,剪刃修磨后,不需要进行额外校准。不需要传动或速度控制可以对带钢进行高精度,全自动剪切。主要的作用是剪切热轧原料带钢边部,使其达到预设定宽度,并通过圆盘剪后部的去毛刺辊对带钢进行边部去毛刺处理,同时去除带钢边部缺陷,提高带钢在轧机时的对中精度,因此对其进行剪切原理的研究和常见缺陷的分析具有十分重要的意义。

2圆盘剪的结构

酸洗出口的切边设备采用紧凑塔式设计,即圆盘剪和碎边剪作为一个整体,放置于回转台上.在每个旋转台上安装有2套圆盘剪和1套碎边剪 (图1),我厂在碎边剪后又安装了一台卷球机,正常生产时采用卷球机进行废料收集,当出现设备故障时,可随时切换碎边剪进行生产,保证生产线连续运转,此时可以将报故障的设备进行维修。圆盘剪后配置有去毛刺装置,它通过下部和上部的滚轮作用在带钢边部,达到去毛刺的效果。

圆盘剪的剪切质量根据所剪带钢厚度、硬度来调节最适宜的剪刃数值。圆盘剪可在线更换备用侧剪刃。圆盘剪切边后,带钢可获得一个精确的宽度值。圆盘剪机架宽度调整是通过一个变频的齿轮马达来进行的。

圆盘剪主要由固定底座、寬度调整装置、机架旋转台、切边剪、废边碎断装置、剪缝调整装置等组成。除固定底座和宽度调整装置外,其余均可分为操作侧和传动侧两个机架,两部分的构造和功能完全相同,左右对称。在固定底座上安装有导轨,滑动底座安装在导轨上面,可左右滑动对剪切宽度进行调整。机架旋转台安装在滑动底座上,所有的剪刃及其剪缝调整装置均安装在机架旋转台上。

3圆盘剪的工艺参数

刀盘直径:Ф400mm×43~25mm

使用极限:Φ400 mm×厚度27mm

剪切带钢厚度:1.5-6.0mm

开口度调节范围:650~1800mm

最小切边宽度(单边):5mm,不小于1.5倍带钢厚度

最大切边宽度(单边):最大切边量为40mm

切边精度: 带钢宽度0~+1mm

开口度控制:开口度=轧后宽度+轧制拉窄量(0-3mm),轧制拉窄量视实测数据为准,一般情况下,轧制变形量越大,带钢拉窄量越大。

轧后宽度=公称宽度+成品公差

最大工作宽度:1550mm

最小工作宽度:950mm

4圆盘剪的剪切原理及影响质量因素

圆盘剪的刀片呈圆盘状,它的主要特点是通过一对圆盘剪刃剪切在运行中的带钢。为了提高连退线产品剪切质量,就要重点关注影响圆盘剪剪切力和剪切质量的要点,即圆盘剪上下剪刃的重合量、间隙、控制稳定性、精确性等。

圆盘剪是由上下错位、垂直的两片圆形刀片组合而成的。在工作时,根据产线中带钢的厚度及宽度,调节两个圆盘剪刃之间的重叠量和间隙。调整到合适的数值后,刀片会给通过剪刃间的带钢施以一定的剪切力,使带钢与刀片接触区域发生变形。随着咬入深度的增加,带钢的变形量也会随之增加。当变形量达到一定程度时(一般为带钢厚度的1/4~3/4)受压部分就从原板上断裂。从而就能剪切带钢的边部。

4.1圆盘剪间隙对断面质量的影响

圆盘剪间隙指的是上下圆盘剪刀片的水平距离。间隙是圆盘剪剪切工艺的重要参数。间隙对带钢边部主要起到一个撕扯的作用,如果控制不好,带钢边部就会产生毛刺、二次剪切等缺陷。

通过整个剪切过程的分析,剪刃侧间隙为撕裂层的产生提供了先决条件。若侧间隙过小,上下剪刃对带钢形成的弯矩将小,切断层在整个剪切断面中所占的比例增大,有时还会出现二次剪切[3],这样带钢剪切边部的加工硬化严重,轧后容易出现边裂。若侧间隙过大,上下剪刃对带钢形成的弯矩过大,从而会形成大的塌角,较软的材质剪后毛刺增多,撕裂层不平整,还有剪不断带钢的情况出现。所以在剪切不同材质、不同厚度的带钢时,需要多次试验,以获得合适的剪刃侧间隙。

根据现场经验,间隙设定值为带钢厚度的 7%  ~ 11% 之间,剪切效果较好。同时也要考虑材质的影响,剪切材质较软的带钢时(如IF1、SPHE),圆盘剪的侧间隙要偏小,剪切材质较硬的带钢时,侧间隙要偏大。究其原因是塑性材料比脆性材料的塑性变形区大,剪切力不易向剪切方向传递,所以减小侧间隙能有效缩小塑性变形区,更好的传递剪切力,同时毛刺被拉出的现象会得以改善,因此,剪切同样厚的板带,软料的侧间隙要比硬料的侧间隙小[4]。

4.2圆盘剪重叠量 对断面质量的影响

圆盘剪重叠量 指的是圆盘剪上下剪刃刀片的垂直间距, 其中规定剪刃重叠时为正,反之为负,重叠量也同样是圆盘剪剪切工艺控制的重要参数。重叠量对带钢边部主要起到一个剪切的作用,如果控制不当,就会造成带钢边部切不断或刀片磨损加剧等缺陷的产生。

在剪切材料和剪刃侧间隙已设定的情况下,带钢剪切断面上切断层和撕裂层的比例基本是一定的,为了获得平整的切断层和撕裂层,就需要调整上下剪刃的重叠量来实现。

对于偏心式的圆盘剪,在剪切过程中,随着带钢不断前进,上圆盘刀切入带钢,形成切断层,切断层的形成及产生微小裂纹的过程对剪切质量而言尤为重要,此处也是剪切带钢需要剪切力最大的地方。

若在这个过程中,下刀盘对带钢没有支撑,上述过程将很难发生。因此,当上刀盘切入带钢到形成切断层的过程中,下刀盘一定要对带钢很好的支撑,带钢要被上下刀盘压紧。为了获得上述的效果,对于偏心式的圆盘剪,可以通过调整圆盘剪的重叠量来实现。为了保证良好的剪切效果,应尽量保证重叠量的最小值,带钢越厚,重叠量越小,甚至可能出现负值。

5切边质量缺陷分析

5.1 切边质量判定标准

切边质量的判定标准为:

5.1.1切边后的质量要求

通常带钢剪切后面的剪切区与断裂区之比为1:2,材质越软,剪断面的比例越高,从剪切区到剪切层应无大的倒角,断裂区应均匀,剪边毛刺只允许有少量存在。

5.1.2质量等级分类

(1)切断面约占带钢厚度的1/4-1/3;

(2)剪切区与撕裂区分界线连续、平直;

(3)整个剪切面平整光滑、无缺口、无大的毛刺 。

在实际生产中,高碳钢一般为2∶8;低碳钢一般为6∶4;在 5∶5 时带钢的边部质量大部分也为良好状态。(图2)

5.2 缺陷分析

5.2.1 剪切区撕裂区不明显

此种情况需停机用手触摸带钢来检查边部质量,轻轻的划动如果边部是光滑的不刮手,轧机轧后都能达到合格的标准。如果手摸有刮手的感觉,这时需要调节剪刃参数,如果电脑设定值间隙0.32mm;重叠量0.35mm,可以把间隙调到0.28mm,重叠量调到0.40mm。如果调节后边部光滑,剪切区、撕裂区分明且不刮手,说明边部质量已调好。若还是不好,查看剪刃使用公里数,剪刃使用150000km以上,需要更换剪刃。

5.2.2边部毛刺

毛刺一般是由于剪刃调节间隙过大导致形成二次剪切所致。 如果电脑画面HMI设定值间隙0.35mm;重叠量0.35mm,可以将剪刃间隙调节为0.27mm;重叠量0.43mm,也就是将间隙往小调。如果还是有毛刺存在的话, 查看去毛刺装置使用情况(图3)。

5.2.3剪刃崩刀造成的缺陷

在日常生产中,剪刃崩刀是最常見的问题,如果发现剪切后的带钢边部有周期性缺陷,而且缺陷的形状和样式都是一样的,说明剪刃已经发生了损坏,这时就需要更换剪刃( 图4、图5、图6)。

6 结束语

减少切边缺陷及改进切边质量是一项长期的课题。随着冷轧酸轧机组的调试生产,我们必然会积累出更好的圆盘剪剪切工艺参数值,更深入的了解剪切原理,进而更准确的控制好切边质量。

参考文献

(1)吴建强,马乙静,王占军,等.圆盘剪的剪切质量分析(J).钢管,2011,:35-39.

(2)王永强,孙清泉,董凯,等.圆盘剪间隙调整及切边质量改进(J).山东冶金,2007,(6):71-72.

(3)周建郑.工程测量〔M〕.郑州:黄河水利出版社,2006.8.

[3]王训宏. 80kg 级 TRIP 钢带圆盘剪剪切工艺[J]. 轧钢,2009( 3) : 71 ~ 72.

(4)陶有能. 切边圆盘剪设计[J]. 华中科技大学学报( 城市科学版) ,2006( 增刊 2) : 77 ~ 79.

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