影響圓盤剪剪切精度的主要因素

摘 要：文章介紹了影響圓盤剪剪切精度的主要因素：圓盤刀的直徑和厚度、軸向側(cè)隙、重合量、刀軸精度等，結(jié)合工作中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)這些主要因素進(jìn)行分析和探討，并提供相關(guān)可參考的數(shù)據(jù)及計(jì)算公式。通過合理的設(shè)計(jì)、制造及使用可以提高圓盤剪剪切帶材的精度。

關(guān)鍵詞：圓盤剪；圓盤刀；側(cè)隙；重合量；刀軸

1 概述

圓盤剪是用于將帶材沿寬度方向分條、切邊，以達(dá)到滿足寬度規(guī)格和邊部要求的剪切裝置。現(xiàn)主要應(yīng)用于冷軋機(jī)組、酸洗機(jī)組、重卷機(jī)組和拉彎矯直機(jī)組終端工藝配置。圓盤剪的作用非常關(guān)鍵，直接影響帶材的最終質(zhì)量。因此圓盤剪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，加工精度以及對(duì)其精度的維護(hù)都非常重要。檢驗(yàn)圓盤剪剪切成品帶材質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)：鐮刀彎、寬度公差及毛刺。

鐮刀彎：也稱側(cè)彎，指經(jīng)過裁剪之后的鋼帶產(chǎn)生的橫向彎曲現(xiàn)象。薄帶一般控制在1mm/m以內(nèi)，高精度的一般要求在0.3mm/m以內(nèi)。鐮刀彎的測(cè)量方法如圖1所示。

寬度公差：指鋼帶經(jīng)過圓盤剪剪切后，每條成品的寬度必須控制在一定的公差范圍內(nèi)。薄帶一般控制在±0.05mm以內(nèi)，更高精度的要求控制在±0.02mm以內(nèi)。

毛刺：剪切加工的特有現(xiàn)象，指鋼帶經(jīng)過圓盤剪剪切后鋼帶邊緣不良現(xiàn)象。毛刺一般控制在帶材厚度的（3%～5%）。

要保證圓盤剪剪切帶材的精度就必須滿足這三個(gè)技術(shù)指標(biāo)。除去原材料本身的影響因素外，影響這三個(gè)技術(shù)指標(biāo)的主要因素有：圓盤刀的直徑與厚度，圓盤刀的軸向側(cè)隙，重合量以及刀軸的精度等。

2 圓盤剪主要技術(shù)參數(shù)

2.1 圓盤刀的直徑與厚度

通過安裝在一對(duì)平行刀軸上的圓盤刀上下錯(cuò)位，下刀盤在內(nèi)側(cè)，上刀盤在外側(cè)，也稱下切式的布置，調(diào)整好上下圓盤刀的重合量和軸向側(cè)隙，圓盤刀在刀軸的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)帶材進(jìn)行擠壓剪切，來實(shí)現(xiàn)帶材分條和切邊的工作。圓盤刀的直徑?jīng)Q定剪切角，外徑越大剪切角越小，所需的電機(jī)功率也就越小，越節(jié)能。但是直徑太大，圓盤刀的剛性就會(huì)減弱，影響刀盤的使用壽命。圓盤刀片直徑主要取決于被剪切帶材的厚度h，其最小允許值與刀盤重合量S和最大咬入角α有下列關(guān)系：

D=（h+S）/（1-cosα）

最大咬入角α，一般為10～15°，此時(shí)圓盤刀直徑通常在下列范圍內(nèi)選取：

D=（40～125）h

其中大的數(shù)值用于剪切較薄的鋼板。減小圓盤刀的直徑可減小圓盤剪的結(jié)構(gòu)尺寸，在結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下，應(yīng)盡量選用小直徑的圓盤刀。當(dāng)剪切厚鋼板（h=40mm）時(shí)，圓盤刀直徑可按下式選取：

D=（40～125）h

圓盤刀的厚度決定刀盤的強(qiáng)度，但是刀盤太厚就會(huì)很重，不僅操作起來很辛苦，價(jià)格也高，同時(shí)分切窄條時(shí)也限制刀盤的厚度。刀盤太薄則刀的撓度不夠，剪切過程中刀盤的側(cè)隙變化就比較大。剪斷切口、形狀都會(huì)變化，刀盤的磨損也比較快。圓盤刀的厚度δ一般取為：

δ=（0.06～0.1）D

圓盤刀作為圓盤剪的易損件，它的加工精度及硬度對(duì)其使用壽命有著非常重要的作用。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，圓盤刀的厚度精度為0.005mm，平面度精度為0.025mm，兩面的平行度精度為0.005mm。而刀盤材料及硬度可以盡可能延長其壽命。

圓盤刀在使用過程中，因長時(shí)間與板材對(duì)抗擠壓，以致刀口會(huì)出現(xiàn)磨耗與鈍角，切口部位會(huì)出現(xiàn)金屬疲勞層，為確保剪切質(zhì)量，則需對(duì)已磨損的刀盤進(jìn)行修磨，修磨時(shí)只需修磨刀盤直徑。修磨刀盤直徑采用整體修磨以保證各刀盤的外徑及同心度一致性要求。圓盤刀的外徑通常都有磨損范圍，當(dāng)外徑小于磨損范圍時(shí)必須更換新刀盤。

圓盤刀的精度直接影響軸向側(cè)隙，外徑一致性直接影響重合量的一致性，因此圓盤刀對(duì)于圓盤剪剪切帶材的精度發(fā)揮著非常重要的作用。

2.2 圓盤刀的軸向側(cè)隙

圓盤刀的軸向側(cè)隙預(yù)留的大小要根據(jù)剪切帶材的厚度及強(qiáng)度確定。一般情況如表1所示。

裝配調(diào)整時(shí)，可通過修磨上、下刀軸上的基準(zhǔn)環(huán)來滿足出廠要求的側(cè)隙值。生產(chǎn)時(shí)，先調(diào)整上、下圓盤刀的重合量，使其為負(fù)值，然后用塞尺沿帶材運(yùn)動(dòng)方向塞入，以檢驗(yàn)側(cè)隙值。圓盤刀的軸向側(cè)隙與吃刀深度的位置關(guān)系如圖2所示。

一般保證撕裂區(qū)與剪切區(qū)的比例為2：1左右，可根據(jù)剪切斷面顏色及粗糙判斷側(cè)隙是否合適：斷面光滑發(fā)亮，側(cè)隙太小；斷面鉛灰色，側(cè)隙略小；斷面白色略帶鉛灰色，側(cè)隙合適；斷面白色，呈顆粒狀粗燥，側(cè)隙太大。如果側(cè)隙過大，會(huì)出現(xiàn)剪切毛刺現(xiàn)象。如果側(cè)隙過小，會(huì)導(dǎo)致圓盤剪負(fù)荷過大，刀盤磨損嚴(yán)重，使用周期較短。

在生產(chǎn)過程中，圓盤刀兩側(cè)的側(cè)隙值要盡可能一致。因?yàn)閭?cè)隙大的一側(cè)，剪斷局部的壓痕就會(huì)變大，比側(cè)隙小的一側(cè)對(duì)帶料的拉伸要大，就會(huì)出現(xiàn)剪切鐮刀彎。特別是板厚與板幅的比率較小的鋼板（即窄幅鋼帶）出現(xiàn)鐮刀彎的幾率就比較大。

2.3 重合量

重合量根據(jù)剪切帶材的厚度而定，一般情況下厚度≤4mm時(shí)為正值，厚度>4mm時(shí)為負(fù)值，即刀片為非重疊狀態(tài)。通常情況如表2所示。（約為剪切帶材厚度的的10%～50%）。

一般來說重合量太大，剪切力就會(huì)增大，帶材剪切后邊部就會(huì)彎曲甚至扣頭；重合量太小帶材就會(huì)無法剪切或者出現(xiàn)剪不斷的現(xiàn)象。生產(chǎn)中重合量微調(diào)整通過手輪帶動(dòng)一對(duì)蝸輪蝸桿升降副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，再配備數(shù)顯百分表檢測(cè)元器件，來實(shí)現(xiàn)圓盤刀重合量的目標(biāo)值。

2.4 刀軸精度

刀軸精度包括刀軸的水平擺動(dòng)、垂直擺動(dòng)和軸向竄動(dòng)。通常要求刀軸的水平擺動(dòng)和垂直擺動(dòng)精度要求在±0.005mm以內(nèi)。軸向竄動(dòng)精度要求在±0.005mm以內(nèi)。刀軸精度對(duì)于實(shí)現(xiàn)刀盤側(cè)隙的穩(wěn)定性及刀盤的偏擺起著非常重要的作用。

配刀時(shí)，通常將操作側(cè)的活動(dòng)支架移開，以單側(cè)支撐狀態(tài)配刀。此時(shí)刀軸的垂下量要求在0.1mm以內(nèi)。因此驅(qū)動(dòng)側(cè)的刀架除了承受自身的扭矩外，還需考慮刀軸的扭矩，因此在設(shè)計(jì)時(shí)刀架軸承設(shè)計(jì)成對(duì)稱式精度等級(jí)為p4或p5級(jí)精度的圓錐輥?zhàn)虞S承，并采用預(yù)緊措施。

刀軸軸向躥動(dòng)在裝配時(shí)可通過配磨驅(qū)動(dòng)側(cè)的刀架外端的軸承蓋，調(diào)整驅(qū)動(dòng)側(cè)的刀架的軸承游隙，即可實(shí)現(xiàn)刀軸軸向竄動(dòng)的調(diào)整。

當(dāng)然在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中，對(duì)于圓盤剪的維護(hù)與保養(yǎng)也是非常重要的。在使用一段時(shí)間后，要定期進(jìn)行維護(hù)與保養(yǎng)，及時(shí)更換損壞的圓盤刀，及時(shí)檢查刀軸的穩(wěn)定性，側(cè)隙及重合量的變化以及軸承各潤滑點(diǎn)的潤滑情況。并予以標(biāo)記并及時(shí)調(diào)整。

3 結(jié)束語

通過提出檢驗(yàn)圓盤剪剪切成品帶材的三個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)，介紹了影響這三個(gè)指標(biāo)的主要因素以及在設(shè)計(jì)及生產(chǎn)時(shí)怎樣合理調(diào)整，來提高帶材的剪切質(zhì)量。通過合理的維護(hù)與保養(yǎng)可以提高帶材的成品率和生產(chǎn)效率。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒家祥.軋鋼機(jī)械（第三版）[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2]黃慶學(xué).軋鋼機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[3]肖磊，郭坤龍.影響圓盤剪帶材剪切質(zhì)量的因素分析[J].上海有色金屬，2014（1）：30-32.

作者簡介：張軍妮（1978，11-），漢族，女，工程師，本科，2003年畢業(yè)于西安科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，同年7月應(yīng)聘至西北機(jī)器有限公司從事冶金設(shè)備的研發(fā)工作，期間主管的機(jī)組項(xiàng)目達(dá)30多項(xiàng)，具有豐富的技術(shù)功底和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。