對不銹鋼圓盤剪剪切的相關探索

尹樹枝

（山西太鋼不銹冷軋廠，山西太原030003）

0 引言

當今社會對于不銹鋼的尺寸精度以及表面質量要求越來越高，這就需要對不銹鋼的加工過程進行更好的控制。而在不銹帶鋼的精整加工設施中，核心設備就是圓盤剪。圓盤剪不但決定著帶鋼剪切質量的高低，也對之后工序的深加工起著重要作用。圓盤剪設備的主要工藝參數有側間隙和重疊量等，二者的數值設定會直接影響帶鋼切邊質量。

1 圓盤剪設備簡介及其剪切流程

1.1 圓盤剪設備介紹

圓盤剪常用來進行縱向剪切運動中的帶鋼，使得剪切后的帶鋼邊部變得齊整、無毛刺等，加工成下游客戶所需的規格尺寸。它主要優點是可以連續縱向滾動剪切，速度快、質量好；缺點是剪切厚度一般限于25 mm以內，且在帶鋼寬度變換頻繁時，需經常調整其兩邊剪刃間距離（滿足公稱寬度尺寸）。圓盤剪依據機架結構本身可分為半軸剪和通軸剪（常用于薄料生產或分條），依據剪切過程是否有驅動動力可分為動力剪和從動剪。

1.2 圓盤剪剪切原理

圓盤剪實際運行中要根據帶鋼厚度來調整出合適的重疊量和剪刃側間隙。整個剪切過程隨著帶鋼進入圓盤剪而受到大小不同的力，從而對帶鋼實現剪切。當帶鋼被咬入至上、下剪刃間時，就會受到剪刃給它施加的擠壓力，帶鋼與剪刃接觸區會發生彈性變形，并伴有裂紋產生；繼續咬入，帶鋼變形量繼續增加，裂紋發生擴展；裂紋擴展到一定程度時會有重合現象，接著帶鋼產生剪裂現象，繼續進行，帶鋼被剪離，剪切完成。

半軸剪一般在圓盤剪中央位置設計一壓輥輔助壓平帶材以便剪切順利進行，通軸剪靠上、下橡膠套輔助壓平帶材使剪切順利進行。

1.3 圓盤剪剪切工藝流程

利用鋼卷上料檢測裝置檢測到鋼卷數據（鋼卷寬度、鋼卷直徑）或通過掃碼槍掃描鋼卷信息傳輸至3級系統—啟動開卷CPC對中穿帶—機械對中立輥/糾偏系統、圓盤剪剪切公稱寬度調整到位、碎邊剪寬度同步到位/廢邊卷具備卷取條件—圓盤剪側間隙及重疊量依據帶材厚度調整到位—圓盤剪、碎邊剪/廢邊卷主電機同步運轉—剪切程序開始—帶鋼到剪切區開始剪切—兩側廢邊同步經過碎邊剪切/廢邊卷取—剪切結束。

圓盤剪結構參數主要有剪刃直徑、剪刃厚度、剪切工藝速度、咬入角、剪刃重疊量及側間隙等。圓盤剪刃直徑一般根據帶鋼厚度、咬入角（一般取10°～15°）來確定，剪刃的重疊量及側間隙一般由帶鋼厚度及帶鋼抗拉強度綜合確定。

1.4 剪切變形過程分析

整個剪切變形包括帶鋼彈性變形、塑性變形及裂紋的產生擴展等。整個過程中，伴隨著帶鋼與圓盤剪剪刃接觸程度的變化，力的大小發生變化。在彈性擠壓過程中，受到的力屬于彈性力，帶鋼僅有輕微彎曲，屬于在彈性范圍內的變化；接著帶鋼繼續卷入圓盤剪，受到的力達到一定的屈服極限，發生塑性變形；帶鋼繼續被卷入圓盤剪，會有裂紋產生，此部位屬于局部應力集中，當裂紋產生增多并發生重合時，帶鋼剪切過程完成。

2 圓盤剪設備主要工藝參數

2.1 剪刃側間隙對剪切質量的影響

剪刃側間隙主要是影響端面毛刺、結瘤、臺階等質量問題。

剪刃側間隙對于不銹帶鋼剪切質量起著至關重要的作用，可以說相對于重疊量而言，側間隙的影響更加重要。在實際作業中，要記錄帶鋼剪切對應的合適間隙值，以滿足生產需求。從帶鋼剪切過程分析，隨側間隙增加，切斷層比例會有明顯減小，塌肩與毛刺基本上無變化，當側間隙有一定程度增加后，切斷層減小將不再明顯，而此時塌肩、毛刺則會有顯著增加；側間隙調整過小，剪切力將不斷增加，帶鋼受到的應力也會更大，帶鋼易剪斷但卻導致剪刃磨損及消耗增加，設備超載，剪切聲音異常；而側間隙調整太大時，帶鋼不易被剪斷，而是被扯斷，會導致剪切端面不平整，毛刺、塌肩變得嚴重。故在實際的作業中，要做好記錄，選用更加合適的間隙值進行剪切作業，減少側間隙選取不當帶來的危害。

側間隙調整：一般的作業中，側間隙取帶鋼厚度7.5%～10%即可。若材料較軟，側間隙取材料厚度的5%～10%（圖1第二條折線適用于常態不銹鋼及鋁材加工，第三條折線適用于低合金銅鋁合金加工）；若材質較硬（圖1第一條折線適用于高合金鋼），取材料厚度的10%～20%。若材料厚度較薄，且強度也相對較小，可考慮選取較小值；若材料厚度較厚，且強度較高，可取較高值。

2.2 重疊量對剪切質量的影響

重疊量和切邊質量的關系：其主要通過改變帶鋼的咬入角而影響剪切力、剪切端面彎曲等。

重疊量依據帶鋼厚度及剪切情況而定，一般情況下，重疊量太大時易造成剪切力過大，廢邊下彎現象嚴重，廢邊極易在導料槽內出現卡鋼、堆鋼現象；重疊量過小，則又會造成帶鋼切不斷、連邊現象。

重疊量與咬入角、帶鋼厚度等有關，重疊量的調整可參考：

圖1 0.3～4.0 mm側間隙、重疊量與帶鋼厚度對應圖

式中，h為帶鋼厚度；s為重疊量；D為圓盤剪刀片直徑。

重疊量調整：重疊量的參數選取不可超過帶鋼厚度的一半，一般取其35%～50%；在實際作業中，選取范圍盡量小一些可增加圓盤剪剪刃使用壽命。圖1中第四條線為重疊量折線圖。

當剪切帶鋼厚度大于5 mm時通常采用負重疊量，且隨著厚度的增加，重疊量一直在減少（重疊量絕對值在增加）；

當剪切帶鋼厚度小于0.1mm時，采用重疊量為0.03～0.05mm；

當剪切帶鋼厚度約為1.14 mm時，采用重疊量接近最大0.60 mm。也就是說，當剪切帶材厚度在0.1 mm＜h＜1.14 mm時，重疊量按一般斜率=-0.5逐漸從0 mm加大至約0.60 mm；當剪切帶材厚度在1.14 mm＜h＜5 mm時重疊量按斜率=-（0.2～0.35）范圍逐漸從約0.60 mm減少至0 mm。

圖2為剪刃重疊量正、負對比圖。

圖2 剪刃重疊量正、負對比圖

3 結論

綜上所述，影響帶鋼剪切質量的因素很多，且這些因素互相影響、互相作用，為獲得高質量的帶鋼剪切，應該逐步加強圓盤剪設備功能精度控制，重視剪刃材質和硬度與剪切材料抗拉強度的匹配優化。本文重點研究了側間隙、重疊量與帶鋼厚度關系對剪切斷面質量的影響（表1），得出了如下結論：

（1）剪刃側間隙相對重疊量而言，對剪切效果影響更大；端面質量會隨側間隙增大而有所下降，毛刺高度亦先小后大。

（2）重疊量影響次之于側間隙影響，但在實際作業中要選取合適的值以免對剪切質量造成負面影響，重疊量過大或過小都會降低剪切端面質量，甚至會出現“切不斷”或“塌肩”等突出現象。

（3）在實際生產中，側間隙及重疊量都是在空載情況下設定、校準的，而剪切動作是在負載下進行的，存在剪刃刀軸的彈性變形、機械軸承游隙變化等因素影響，還受到使用新、舊剪刃的情況影響。所以，在確定剪刃側間隙、重疊量時，應根據設備狀況、剪刃使用狀況對兩個值進行精準修正。

表1 冷軋廠縱切機組0.3～3.0 mm重疊量、側間隙經驗數據表