滾切式雙邊剪剪切問題分析及改進(jìn)措施

宋章明

(江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214429)

滾切式雙邊剪是寬厚板軋制生產(chǎn)線精整區(qū)的核心設(shè)備，利用三軸三偏心運(yùn)動(dòng)原理進(jìn)行滾切式剪切，能夠?qū)穸刃∮诘扔?0mm、寬度1200mm～4200mm鋼板進(jìn)行高精度雙邊定寬剪切，并同時(shí)對(duì)切下的廢邊進(jìn)行碎斷和收集。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的外觀質(zhì)量要求越來越高，為保證剪切斷面平直、光滑、無變形、幾何精度高、剪切速度快、剪切效率高等優(yōu)點(diǎn)，迫使企業(yè)積極推動(dòng)管理創(chuàng)新與技術(shù)改進(jìn)，大力推行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)與精細(xì)化管理，保證設(shè)備達(dá)到規(guī)定的功能精度以滿足生產(chǎn)需要，不斷改善產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，以贏得顧客的青睞。

1 滾切式雙邊剪工藝布置和主要工作參數(shù)

某厚板廠滾切式雙邊剪布置形式如圖1所示。設(shè)備主要由激光劃線裝置1，雙邊剪輸入、輸出輥道8，鋼板磁力對(duì)中裝置7，機(jī)前機(jī)后夾送輥2，固定剪6，移動(dòng)剪3，刀片更換裝置4以及碎邊收集運(yùn)輸裝置5等組成。由1#橫移裝置輸出的鋼板在雙邊剪前輸入輥道處進(jìn)行磁力對(duì)中后，由輥道輸送并經(jīng)夾送輥夾送同步輸入剪機(jī)。固定剪和移動(dòng)剪分別由2臺(tái)電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，采用同步軸實(shí)現(xiàn)兩側(cè)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)減速箱、曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾切剪和碎邊剪進(jìn)行剪切。移動(dòng)剪本體經(jīng)電機(jī)減速箱驅(qū)動(dòng)齒輪齒條裝置，在滑靴上橫移進(jìn)行寬度調(diào)整。剪切的廢邊經(jīng)碎斷后由碎邊收集運(yùn)輸裝置收集到固定側(cè)料坑內(nèi)，此外固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)各有一套換刀裝置。

雙邊剪的工作參數(shù)如下：最大剪切力6 500kN;通過鋼板最大厚度100mm;剪切鋼板尺寸(5～50)mm×(1 200～4 200)mm ×(5 000～26 000)mm;最大剪切速度24cut/min;剪切溫度120℃;最大廢料尺寸50mm×100mm×1 300mm;被剪切鋼板的強(qiáng)度分別為1 200MPa(鋼板厚度＜40mm)和800MPa(鋼板厚度＜50mm)。

圖1 某厚板廠滾切式雙邊剪在生產(chǎn)線上的布置形式

2 影響雙邊剪剪切效率的問題及改進(jìn)措施

2.1 存在的問題

當(dāng)前，滾切式雙邊剪已成為厚板廠生產(chǎn)線必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。某厚板廠隨著軋鋼精整線的生產(chǎn)運(yùn)行，逐步暴露出一些問題，制約著生產(chǎn)節(jié)奏和剪機(jī)剪切效率。存在問題主要有：

a．雙邊剪剪切準(zhǔn)備時(shí)間長。(1)因操作人員與激光劃線方向問題，造成視覺不清;(2)磁力對(duì)中裝置離雙邊剪本體很近，導(dǎo)致鋼板在剪前對(duì)中時(shí)，剪機(jī)處于待機(jī)等待狀態(tài)，造成雙邊剪待機(jī)時(shí)間長、有效剪切作業(yè)率低。

b．剪切節(jié)奏慢。

c．夾送輥電機(jī)在剪厚板時(shí)易過載跳電，滿足不了要求。

d．激光劃線裝置調(diào)整與移動(dòng)側(cè)本體調(diào)整不同步，易出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致雙邊剪剪切效率低。

e．在剪切鋼板過程中，碎邊極易出現(xiàn)被卡住、堆積、落料不順暢等情況，卡鋼次數(shù)多、處理時(shí)間長(據(jù)統(tǒng)計(jì)某月最多28次、停機(jī)處理時(shí)間833min)，而且碎邊堆積后處理不及時(shí)，還會(huì)損傷設(shè)備。

2.2 提高雙邊剪剪切效率的改進(jìn)措施

a．為盡可能減少剪切準(zhǔn)備時(shí)間，在現(xiàn)有磁力對(duì)中前增設(shè)1套鋼板預(yù)對(duì)中裝置，包括3組提升臂裝置和4組鋼板推移靠邊裝置。裝置均由液壓油缸驅(qū)動(dòng)，每組可單獨(dú)動(dòng)作、也可同時(shí)動(dòng)作，滿足長度為5 000～26 000mm鋼板的工序要求，達(dá)到一塊鋼板在對(duì)中時(shí)另一塊鋼板處于剪切狀態(tài)。同時(shí)要求電氣專業(yè)在1#橫移裝置下料處增設(shè)光柵，實(shí)現(xiàn)鋼板在該處的自動(dòng)定位，并減少鋼板靠邊推移距離。

b．在雙邊剪固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)本體上各增設(shè)1個(gè)支架及激光發(fā)射器，并以下刀口為基準(zhǔn)定位，要求激光線分別與相應(yīng)側(cè)下刀口共面且與水平面垂直。這樣可達(dá)到如下效果：(1)激光劃線調(diào)整與移動(dòng)側(cè)本體寬度調(diào)整同步，免掉了激光劃線調(diào)整裝置;(2)既確保二者不易出偏差，又能提高鋼板寬度定位調(diào)整的速度;(3)改變了激光劃線方向，避免出現(xiàn)操作人員的視覺不清問題。

c．設(shè)備精調(diào)與優(yōu)化措施：(1)通過遞進(jìn)式加墊，對(duì)剪前輥道面標(biāo)高進(jìn)行精調(diào)整，讓輥道電機(jī)多分擔(dān)些負(fù)載;(2)對(duì)輥道與夾送輥的加速度作精調(diào)整，改善夾送輥的過載狀況，滿足剪切厚板要求;(3)剪切速度的選擇(可參照表1)主要依據(jù)所剪切鋼板的規(guī)格，同時(shí)結(jié)合鋼種及其剪切質(zhì)量，合理使用主刀剪切頻率。

表1 主刀剪切頻率與被剪鋼板厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系

d．解決雙邊剪碎邊卡鋼的技術(shù)措施。

該厚板廠雙邊剪下剪床碎邊溜槽入口處結(jié)構(gòu)尺寸狹小，這已是現(xiàn)場(chǎng)難以改變的設(shè)計(jì)問題，為此針對(duì)設(shè)備現(xiàn)狀，只能從其他途徑著手改進(jìn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤與分析，提出并實(shí)施了如下2項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)措施：(1)針對(duì)步長調(diào)整刀次易出現(xiàn)長短不一的碎邊，尤其是長度在500～700mm之間的碎邊極易被卡住，提出取消調(diào)整刀次，修改程序中相關(guān)參數(shù)，讓長度不確定的碎邊在廢料導(dǎo)板處落料，有效避免了下剪床碎邊溜槽入口卡鋼堆積現(xiàn)象;(2)鑒于下剪床碎邊溜槽入口處結(jié)構(gòu)尺寸狹小的設(shè)計(jì)缺陷，設(shè)置了一個(gè)落料干擾板，方便碎邊導(dǎo)入溜槽口，確保落料順暢。上述2項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)實(shí)施后，效果明顯，溜槽處卡鋼概率下降99%以上，甚至達(dá)到全月卡鋼次數(shù)為0的記錄。

3 對(duì)剪切質(zhì)量問題的分析及改進(jìn)措施

該厚板廠雙邊剪目前產(chǎn)生的鋼板剪后質(zhì)量問題主要集中體現(xiàn)在邊部剪切質(zhì)量缺陷，而鋼板形狀缺陷和剪切尺寸誤差很少出現(xiàn)。鋼板的邊部剪切質(zhì)量缺陷主要有頭刀凸瘤、錯(cuò)口或接痕、剪裂、鋼板塌邊、毛邊、毛刺。

a．被剪鋼板邊部首刀出現(xiàn)凸瘤問題的分析與解決措施。

雙邊剪在投用之初，所剪鋼板首刀邊部經(jīng)常出現(xiàn)凸瘤，尤其剪切厚度為30mm以上鋼板更加明顯?，F(xiàn)場(chǎng)跟蹤與剪切力分析表明，影響剪切力大小的參數(shù)［3］有：咬入角 α、板厚 h、材料強(qiáng)度極限 σb、剪刀半徑R、剪刀重疊量s及刀鈍影響系數(shù)k3。

咬入角α及剪切力P計(jì)算公式［1］如下：

式中：k1為剪應(yīng)力與拉應(yīng)力之間的轉(zhuǎn)換系數(shù);k2為應(yīng)力應(yīng)變系數(shù)。結(jié)合計(jì)算與現(xiàn)場(chǎng)跟蹤情況可以看出，問題的根源在于首刀剪切咬入角不當(dāng)。

通過前移鋼板頭部起始位檢測(cè)元件位置(入口夾送輥后側(cè))，并調(diào)整剪切鋼板第一步移送步長，剪機(jī)啟動(dòng)后實(shí)現(xiàn)了首刀空剪行程，當(dāng)?shù)诙都羟械戒摪鍟r(shí)，鋼板頭部此時(shí)的移送位置已經(jīng)保證了合適的咬入角，從而消除了首刀凸瘤現(xiàn)象，解決了鋼板剪切質(zhì)量問題。

b．與剪刃間隙有關(guān)的剪切質(zhì)量問題分析及改進(jìn)措施。

當(dāng)剪刃間隙設(shè)置太大時(shí)，被剪鋼板邊部產(chǎn)生較大彎曲變形，因而在鋼板邊部產(chǎn)生塌邊和毛刺過高缺陷。這不僅影響鋼板表面的平整性、邊部的對(duì)接質(zhì)量，而且毛刺太高還易刮傷輥道和定尺剪的下刀臺(tái)板等設(shè)備。當(dāng)剪機(jī)剪刃間隙太小時(shí)，被剪鋼板邊部不整齊、下端毛刺，出現(xiàn)二次剪切面，影響鋼板的對(duì)接焊接性能。此外還會(huì)使剪切力增加，同時(shí)增大刃口與板邊部的摩擦，加速刃口的磨損，大大縮短刀片的使用壽命。

剪刃間隙的取值與鋼板厚度及鋼板的機(jī)械性能有關(guān)，因此剪刃的側(cè)向間隙是可調(diào)的;該廠雙邊剪剪刃間隙與鋼板厚度的關(guān)系可用經(jīng)驗(yàn)公式g=k1t+k2來表示。其中：g表示剪刃間隙;k1一般取0．06;k2一般取 0．20;t為鋼板的厚度，mm。

從該經(jīng)驗(yàn)公式可以看出剪刃間隙與鋼板厚度密切相關(guān)，另外從剪切實(shí)踐與跟蹤情況可總結(jié)出：對(duì)于厚度小于10mm的鋼板，間隙應(yīng)適當(dāng)調(diào)大些，以減少毛刺;對(duì)于厚度較大(大于35mm)的鋼板，間隙應(yīng)適當(dāng)調(diào)小些，減少接痕產(chǎn)生。

除此之外，還應(yīng)充分考慮如下因素的影響：(1)鋼板剪切溫度的影響。剪切時(shí)，鋼板溫度越高，其強(qiáng)度越低，越易發(fā)生剪切變形和出現(xiàn)高毛刺缺陷，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小剪刃間隙。(2)剪切鋼板材質(zhì)的影響。剪切鋼板硬度較高時(shí)，間隙太大會(huì)出現(xiàn)鋸齒狀剪切斷面。(3)刀片質(zhì)量的影響。刀片質(zhì)量指標(biāo)主要有耐磨性(硬度)和剪刃刃口的鋒利程度。刀刃變鈍時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小剪刃間隙，否則如果選擇不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致剪后鋼板塌邊、毛刺太高等缺陷，并影響刀片的使用壽命。

c．與夾送輥調(diào)整及使用有關(guān)的剪切質(zhì)量問題分析與改進(jìn)措施。

雙邊剪夾送輥裝置布置在雙邊剪前后，共2組4對(duì)夾送輥，如圖2所示。每臺(tái)夾送輥由電機(jī)經(jīng)減速機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，上夾送輥由液壓缸帶動(dòng)升降、夾緊或松開鋼板。夾送輥是確定鋼板是否跑偏的關(guān)鍵設(shè)備，如鋼板在剪切過程中出現(xiàn)跑偏，就會(huì)影響鋼板的剪切尺寸，而且邊部切口會(huì)出現(xiàn)“錯(cuò)邊”現(xiàn)象［2］。因此，為避免鋼板跑偏，在夾送輥裝置的安裝、使用與調(diào)整方面須做好以下幾點(diǎn)：

圖2 雙邊剪夾送輥裝置布置

圖3 雙邊剪夾送輥調(diào)整

(1)嚴(yán)格控制夾送輥運(yùn)行的同步性。

每對(duì)下夾送輥在結(jié)構(gòu)上均設(shè)有同步軸，實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步;對(duì)應(yīng)的上夾送輥由電氣控制保證其同步性。達(dá)到夾送輥同步性的保證措施應(yīng)有：①夾送輥轉(zhuǎn)速的同步;②夾送輥的直徑尺寸的一致性，各夾送輥直徑精度必須控制在允許的誤差范圍內(nèi)。

(2)保證夾送輥的安裝與調(diào)整精度。

為保證鋼板移動(dòng)的直線性，實(shí)現(xiàn)鋼板邊部精確的直線剪切，夾送輥裝置設(shè)計(jì)為鉸接的支撐裝配，而且每對(duì)夾送輥設(shè)置了3種調(diào)節(jié)螺母，用于夾送輥的安裝精度的調(diào)整。3種調(diào)節(jié)螺母如圖3所示，圖2中①，②，③對(duì)應(yīng)圖3中的3種調(diào)節(jié)螺母。

夾送輥調(diào)整方法如下，同時(shí)按照?qǐng)D4所示做好相應(yīng)調(diào)整記錄。

圖4 夾送輥調(diào)整記錄

第一步，配合著調(diào)節(jié)螺母3和螺母1，以實(shí)現(xiàn)固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)下夾送輥的水平精度調(diào)整;

第二步，調(diào)節(jié)螺母1，以實(shí)現(xiàn)固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)上夾送輥的水平精度調(diào)整;

第三步，調(diào)節(jié)螺母2，以實(shí)現(xiàn)上、下夾送輥的平行度調(diào)整，并以輸送輥軸線和雙側(cè)剪刃面為基準(zhǔn)，核實(shí)夾送輥的平行度。

(3)設(shè)定合適的夾送輥夾緊力。

如果兩側(cè)夾送輥受到的驅(qū)動(dòng)力不同，會(huì)使鋼板與夾送輥有相對(duì)滑動(dòng)而造成鋼板的“錯(cuò)邊”，為此壓力設(shè)定一定要合理，兩側(cè)夾送輥壓力必須控制在允許的范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述技術(shù)改造和改進(jìn)措施的實(shí)施，在縮短了工序時(shí)間，減少了設(shè)備損壞，大大提高雙邊剪剪切效率的同時(shí)，還解決了雙邊剪鋼板剪切疑難問題，改善了雙邊剪鋼板切邊質(zhì)量。

［1］ 鄒家祥．軋鋼機(jī)械［M］．3版．北京：冶金工業(yè)出版社，2000．

［2］ 張向葵．影響厚板剪切質(zhì)量因素及改進(jìn)方法初探［J］．寶鋼技術(shù)，2006(4)：23-26．

［3］ 吳秀杰，隋冬枝，依鳴浩．滾切式雙邊剪結(jié)構(gòu)與參數(shù)設(shè)計(jì)的探討［J］．科技資訊，2009(3)：105-106．