硅鋼成品剪切線碎邊剪國產(chǎn)化研究

盧志芳

（湖北科技職業(yè)學(xué)院 湖北武漢430074）

1 前言

硅鋼生產(chǎn)工藝實際上是從原材料開始，對冶煉、澆鑄、熱軋、冷軋、熱處理到精整實行全過程的檢測、控制、管理的一個系統(tǒng)工程：轉(zhuǎn)爐→真空處理→連鑄→加熱→熱連軋→?；嵯矗–P）→多輥軋機(jī)（ZR）→連續(xù)退火（CA）→罩式退火（CB）→熱平整（CT）→成品剪切（CS）。

在硅鋼帶鋼成品剪切（成品剪切線）生產(chǎn)線中，為了保證帶鋼邊部的幾何形狀，滿足帶鋼寬度方向的尺寸要求，一般采用圓盤剪對其邊部進(jìn)行剪切，然后由碎邊剪將其切成碎塊，以便于廢鋼收集。因此，碎邊剪是板帶車間精整線上的一臺主要設(shè)備，它的生產(chǎn)能力及設(shè)備狀態(tài)直接影響到鋼材產(chǎn)量。

隨著我國鋼材的大規(guī)模生產(chǎn)急需，在剖析借鑒原裝碎邊剪減速箱和分配箱以及刀盤的結(jié)構(gòu)和工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合各大鋼廠生產(chǎn)現(xiàn)場的使用經(jīng)驗，對硅鋼成品剪切線線碎邊剪，特別是高精度碎邊剪進(jìn)行了國產(chǎn)化研制。

2 主要設(shè)備組成

碎邊剪設(shè)備主要由碎邊剪本體、減速機(jī)、底座裝配、碎邊溜槽、稀油潤滑管路、液壓管路及干油潤滑管路等組成。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

本設(shè)備由兩臺交流變頻主電機(jī)分別傳動兩臺減速機(jī)，固定剪是通過聯(lián)軸器傳動到碎邊剪上，移動剪是通過花鍵聯(lián)軸器傳動到碎邊剪上。兩臺減速機(jī)裝配型式不同，移動側(cè)減速機(jī)輸出軸為空心軸，但兩臺減速機(jī)速比保持一致。

主電機(jī)與減速機(jī)之間裝有電力液壓推桿制動器，便于設(shè)備安全停車。主電機(jī)、減速機(jī)、固定剪直接安裝于底座上，底座用地腳螺栓固定在基礎(chǔ)上。移動剪安裝在底座上，由交流變頻電機(jī)傳動到減速機(jī)，通過聯(lián)軸器傳動到滾珠絲杠上。滾珠絲杠在電機(jī)的帶動下旋轉(zhuǎn)，使裝于其上的螺母產(chǎn)生軸向移動，從而帶動移動剪在底座上滑動，從而調(diào)整碎邊剪兩側(cè)上下剪刃間的開口度。

2.2 底座裝配

由于剪切帶鋼的寬度不同，所以移動碎邊剪剪刃與固定碎邊剪剪刃之間的開口度需根據(jù)帶寬的變化而變化，即移動碎邊剪可以在底座上移動。底座裝配主要由底座、滾珠絲杠、螺母、連接套、銷軸、軸承座等組成。當(dāng)剪切帶鋼寬度規(guī)格改變時，移動剪橫移電機(jī)傳動平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器，通過聯(lián)軸器傳動滾珠絲杠副，滾珠絲杠副的螺母通過連接套及銷軸與移動碎邊剪連接成一體，滾珠絲杠在電機(jī)的帶動下旋轉(zhuǎn)，使裝于其上的螺母產(chǎn)生軸向移動，從而帶動移動剪在底座上滑動，改變兩側(cè)剪刃間開口度。滾珠絲杠為無間隙傳動，即螺紋間隙很小，可以滿足剪切精度要求。為避免剪切時剪刃距離發(fā)生改變，在電機(jī)與蝸桿減速器之間裝有電力液壓推桿制動器，并保證設(shè)備安全停車。為準(zhǔn)確計數(shù)移動碎邊剪移動的數(shù)值，在蝸桿減速器輸出端還裝有旋轉(zhuǎn)編碼器。為保證橫移后移動剪位置在剪切時不發(fā)生變化，機(jī)架與底座之間采用四個液壓缸鎖緊，當(dāng)開口度調(diào)好后，液壓缸動作，球面墊頂在底座上，保證鎖緊。

2.3 碎邊剪本體

碎邊剪本體是碎邊剪的核心部分，帶鋼的碎邊剪切工作主要依靠它來完成。碎邊剪本體主要由齒輪軸、副齒輪、剪刃、刀盤、壓緊楔、偏心套、液壓鎖緊螺母、蝸輪減速機(jī)、機(jī)架等組成。碎邊剪本體機(jī)架均采用焊接結(jié)構(gòu)，所有刀盤軸及側(cè)隙調(diào)整裝置等均安裝于機(jī)架上。剪刃裝于刀盤上，刀盤裝于刀盤軸上，刀盤軸由主電機(jī)帶動減速機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動，從而實現(xiàn)刀盤的旋轉(zhuǎn)剪切動作。而要準(zhǔn)確實現(xiàn)精確的剪切質(zhì)量，剪刃之間的相對位置必須調(diào)整，即剪刃的側(cè)隙必須調(diào)整，并保證刀盤的軸向鎖緊。

本文中碎邊剪的剪刃側(cè)隙調(diào)整是由電磁制動電機(jī)驅(qū)動蝸輪減速機(jī)，蝸輪減速機(jī)驅(qū)動裝于機(jī)架上部的齒輪軸轉(zhuǎn)動，齒輪軸的轉(zhuǎn)動帶動上刀盤軸做軸向移動，使剪刃側(cè)隙得到改變。剪切不同厚度的帶鋼，其上下剪刃之間的側(cè)隙是不相同的，根據(jù)剪切板厚的不同，可以設(shè)定不同側(cè)隙，其實際數(shù)值可通過側(cè)隙檢測裝置編碼器反饋到操作臺上。刀盤裝于刀盤軸上，為保證剪切精度，必須使兩側(cè)刀盤保證在同一準(zhǔn)確位置。為了降低碎邊剪的剪切力，把刀盤設(shè)計成為螺旋刀的刀盤，這種結(jié)構(gòu)降低了剪切力，使剪切功率也相應(yīng)地減小，導(dǎo)致剪刃磨損降低，壽命增加。剪刃重疊量是通過上齒輪軸上安裝的偏心套來調(diào)整。為了確保剪切質(zhì)量，消除上、下齒輪軸之間的齒輪側(cè)隙，設(shè)計下齒輪軸時在軸上安裝了副齒輪，在主齒輪和副齒輪之間安裝了調(diào)整墊，通過修配調(diào)整墊來消除齒輪側(cè)隙。為了確保剪切質(zhì)量，防止刀盤松動，刀盤鎖緊采用液壓螺母來鎖緊。液壓螺母是用專用工具向螺母內(nèi)注入高壓油，油的壓力推動裝于螺母內(nèi)的壓緊環(huán)壓緊刀盤，這樣就保證了剪切時由于剪切力引起的側(cè)推力產(chǎn)生的螺紋間隙消除，達(dá)到較好的剪切質(zhì)量。

為了減小更換剪刃的輔助時間，提高生產(chǎn)率，剪刃裝在帶有錐形孔的刀盤上，并用液壓螺母鎖緊在齒輪軸上。采用這種結(jié)構(gòu)，更換剪刃較為方便。在更換剪刃時，在刀盤軸上卸下液壓螺母，取下刀盤，然后，將整套裝有新碎邊剪剪刃的備用刀盤裝上，再將液壓螺母鎖緊。

3 刀盤結(jié)構(gòu)分析

不同材質(zhì)、厚度的帶鋼要求碎邊剪的設(shè)備參數(shù)及結(jié)構(gòu)布置做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，否則會出現(xiàn)剪刃使用壽命縮短或帶鋼卡鋼等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)效益［1，2］。

其次是絕對的絕戶繼承，即父母雙亡沒有男性繼承人的繼承，這又包括了在室女單獨繼承和在室女、歸宗女、出嫁女的混合繼承。在第一種情形下，“諸絕戶財產(chǎn)，盡給在室諸女。”即去除喪葬費用之后，將所有財產(chǎn)盡數(shù)給予在室女，若有多個在室女，則數(shù)人平均分配財產(chǎn)。在存在在室女、歸宗女、出嫁女時，遵循的原則是給予在室女家產(chǎn)較多，歸宗女次之，出嫁女最少。

3.1 硅鋼成品剪切線線主要技術(shù)參數(shù)

帶鋼厚度：0.25mm～0.75mm；帶鋼寬度：1200mm～2300mm；

帶鋼長度：最大20000mm；帶鋼強(qiáng)度極限：抗拉強(qiáng)度σmax＝600N／mm2；

碎邊寬度：10mm～80mm；碎邊長度：550mm～1100mm；

毛刺：≤0.03mm；剪切速度：最大1.5m／s；剪切溫度：≤200℃；移動剪移動行程：最大1600mm；

移動剪移動速度：15mm／s。

3.2 碎邊剪刀盤結(jié)構(gòu)分析

圖1 刀盤刀片布置簡圖

目前國內(nèi)制造的碎邊剪在結(jié)構(gòu)上多采用雙滾筒式或一個刀刃固定，另一個刀刃旋轉(zhuǎn)的形式，刀刃曲線和滾筒母線平行。這樣的碎邊剪雖然結(jié)構(gòu)簡單，但由于切斷廢邊時刀刃在整個寬度上同時進(jìn)入剪切位置，又同時離開，不可避免地要形成沖擊和噪音，使設(shè)備的負(fù)荷加重，從而帶來一系列問題［3］。

而硅鋼生產(chǎn)線上碎邊剪為轉(zhuǎn)鼓刀盤飛剪式，每個轉(zhuǎn)鼓刀盤上安裝四把刀片，把鋼帶兩側(cè)的切邊廢料按機(jī)組作業(yè)線的同步速度切成長短合適的碎片，以便收集和處理。作業(yè)中心線兩側(cè)對稱布置兩臺碎邊剪，碎邊剪的減速箱和分配箱做成一體式復(fù)合結(jié)構(gòu)，復(fù)合齒輪箱輸出端是速比為1∶1的裝轉(zhuǎn)鼓刀盤的兩刀軸，兩臺復(fù)合齒輪箱由一臺電機(jī)驅(qū)動，兩齒輪箱輸入軸之間用矩型花鍵連接，實現(xiàn)兩碎邊剪同步工作。

該轉(zhuǎn)鼓刀盤碎邊剪的剪切原理和常規(guī)剪切相同。都有兩點基本要求，一是兩剪刃不能頂?shù)叮@要求兩轉(zhuǎn)鼓的刀頭分度一致，并且同步運轉(zhuǎn)；二是剪切受力時讓刀不能太多，讓刀太多就會出現(xiàn)撕裂或剪不斷的現(xiàn)象，從而造成同步齒輪齒面間瞬間沖擊，這要求兩同步齒輪傳動側(cè)隙不能太大。根據(jù)傳動需要，齒輪副不可能無側(cè)隙嚙合。因此在碎邊剪結(jié)構(gòu)中必須設(shè)計齒側(cè)間隙補償機(jī)構(gòu)，一方面消除齒側(cè)間隙對剪刃間隙的影響；另一方面減少剪切時的沖擊。

碎邊剪由于剪切帶鋼較薄，因此對上下剪刃之間的間隙要求很嚴(yán)，間隙稍有變化，將會出現(xiàn)剪刃頂?shù)叮ㄩg隙小于零）或鋼帶剪不斷（間隙變大）的現(xiàn)象。特別是隨著軋制節(jié)奏的不斷加快，碎邊剪造成的剪切缺陷日漸明顯。主要就是由于碎邊剪間隙大小不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響日常生產(chǎn)。

圖2 刀片安裝簡圖

4 參數(shù)確定

4.1 刀盤材質(zhì)及結(jié)構(gòu)

刀盤材質(zhì)為40CrMnMo經(jīng)調(diào)質(zhì)滲氮處理，刀片材質(zhì)為WC，刀墊和壓塊材質(zhì)為一般模具鋼。其中下刀盤傳動，上刀盤從動（可橫移調(diào)側(cè)隙）。

上、下刀盤刀片重疊量與其側(cè)間隙調(diào)整有些不同，其中，下刀盤中，刀片重疊量是通過調(diào)整剪刀底下的墊板厚度來實現(xiàn)的，刀片側(cè)隙通過剪刃側(cè)隙調(diào)節(jié)裝置來調(diào)節(jié)；而上刀盤中，刀片只有底墊來調(diào)整刀片重疊量，沒有側(cè)墊來調(diào)整側(cè)間隙。

一般圓盤剪及碎邊剪剪刃間隙和重疊量的調(diào)整指導(dǎo)原則：

側(cè)隙：側(cè)隙＝H／10；

重疊量：重疊量＝0.85mm－0.2×H

式中：H—帶鋼厚度，mm。

4.2 重疊量確定

該碎邊剪重疊量標(biāo)定存在一定困難，目前是采用用標(biāo)尺量重疊刀刃弦長L，通過

式中：L—重疊刀片弦長，mm；

R—刀片半徑，mm；

D—重疊量，mm。

所切帶鋼厚度最小值為0.25mm，最大值為0.75mm，從而確定重疊量為0.3mm，本臺碎邊剪刀片的半徑為1480mm，重疊刀片的弦長L為42.1mm。

4.3 側(cè)間隙確定

碎邊機(jī)的刀刃是先加工側(cè)面和底平面，然后組裝到滾筒體上磨削外表面。刀刃在滾筒體上的布置是否準(zhǔn)確，主要靠加工精度保證。

刀刃的重疊量是事先給定的，根據(jù)滾筒中心距和重疊量算出刀刃的磨削圓外徑后，即可完成刀刃加工的最后一道工序。

通過增加刀刃下部的墊片，可以多次使用和重磨刀刃，但磨后不能調(diào)整重疊量。刀刃的側(cè)間隙也是靠加工精度來保證的，無法調(diào)整。

目前國內(nèi)已有廠家在滾筒體和刀軸之間采用斜楔聯(lián)接，并通過斜楔來調(diào)整刀刃側(cè)向間隙的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)里斜楔直面是和刀軸間的作用面，斜面是和滾筒間的作用面。正常工作時，兩個斜楔已足以使筒滾在軸上雙向固定，當(dāng)調(diào)整側(cè)向間隙時，可以固定一個滾筒，通過另一個筒滾上的斜楔的軸向移動，使?jié)L筒轉(zhuǎn)過一個微小的角度，從而達(dá)到調(diào)整側(cè)隙的目的。

這一機(jī)構(gòu)簡單易行，但實際上只能保證一對刀的側(cè)隙，其它各對刀刃的側(cè)隙還取決于滾筒的分度精度。不過總體而言，采用這一機(jī)構(gòu)可以在一定程度上調(diào)整側(cè)隙。

此碎邊剪根據(jù)帶鋼厚度最小為0.25mm，最大為0.75mm，選擇側(cè)間隙為0.02mm。

5 刀片裝配

5.1 刀片、底墊、側(cè)墊和壓塊配裝

將完成加工要求的刀片、底墊、側(cè)墊和壓塊分別裝到刀盤上，將其各個接觸面抹勻紅丹，用螺栓擰緊，然后拆卸，觀察各接觸面，必須保證底墊、側(cè)墊與刀盤基準(zhǔn)面70%接觸，并用0.02mm塞尺塞不入；底墊、側(cè)墊與刀片70%接觸，壓塊與刀片、刀盤70%接觸，同樣用0.02mm塞尺塞不入。如果該要求沒有達(dá)到，需用油石手工精磨。其中，刀片、刀盤制作周期較長、成本較高，將其視為標(biāo)準(zhǔn)件，通過精磨底墊、側(cè)墊、壓塊來滿足接觸面要求。

5.2 配刀

刀片、底墊、側(cè)墊和壓塊完成接觸面配裝后，將其全部安裝到刀盤上，然后將刀盤安裝到刀軸，轉(zhuǎn)動刀盤，使每對刀片處于剪切狀態(tài)。

首先，用量具量取每對刀片重疊量及側(cè)間隙，對照已經(jīng)確定的參數(shù)值，此處要求底墊、側(cè)墊不允許增加薄墊片，對沒有達(dá)到參數(shù)要求的，需分別解體后，將底墊和側(cè)墊用平面磨進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整，需要指出的是，底墊和側(cè)墊最好要考慮到配刀損耗及精加工余量，否則將會嚴(yán)重影響裝配進(jìn)度。

然后，需滿足：四把刀側(cè)隙相差≤0.01mm，四把刀重疊量（接觸線長）相差≤1mm，調(diào)完刀后，底墊固定螺絲用洛泰膠防松。完成配刀后，試剪A4紙或普板，測量毛刺。

需注意兩點：第一，壓塊螺紋孔最好在接觸面及接觸間隙保證后，根據(jù)刀片、側(cè)墊、刀盤螺紋孔位置定位壓塊螺紋孔位置后再行打孔；第二，每個底墊、側(cè)墊和壓塊都最適用于刀盤上的對應(yīng)接觸面，在配刀完成后，應(yīng)分別對刀盤、底墊、側(cè)墊和壓塊做單一標(biāo)記。

6 結(jié)論

硅鋼成品剪切線碎邊剪設(shè)計、制造和裝配要求較高，以前基本被國外公司壟斷，但通過我國科研人員的不斷鉆研，也逐漸掌握了該技術(shù)。按照上述碎邊剪結(jié)構(gòu)、材料、配刀等技術(shù)對某大型鋼廠成品剪切線國產(chǎn)碎邊剪進(jìn)行設(shè)計、制造、裝配并應(yīng)用，剪切效果良好，印證了高精度碎邊剪國產(chǎn)化的成功，堅定了國產(chǎn)化道路的信心。