冷軋沖孔機設計及應用研究

韓姝紅，朱偉見，夏浩

（1.鞍鋼教育培訓中心；2.鞍鋼股份冷軋廠，遼寧 鞍山 114032）

隨著鋼鐵行業的高速發展，市場對冷軋帶鋼的需求量越來越大，同時對鋼帶質量的要求也越來越高。為更好地提高冷軋帶鋼的產品質量，占據更大的市場份額，為企業創效，鞍鋼股份公司冷軋廠在原有的老鹽酸機組上進行了改造，在原有米巴赫焊機的后面新增了一臺沖孔機，目的是在帶頭帶尾的焊接處進行沖孔，以實現帶鋼焊縫的準確跟蹤，滿足整條機組的連續運行。沖孔機需要滿足以下條件：保證在帶鋼焊縫附近的帶鋼中間位置沖孔；沖頭壽命要滿足5000 卷/個；實現自動沖孔。為滿足以上條件，設計了一款打孔機，并應用于冷軋生產線。

1 產線介紹

鞍鋼冷軋薄板廠1#生產線是年產60 萬噸優質冷軋板的冷軋酸洗—軋機聯合機組生產線，產品品種主要有低碳鋼（SPHC,SPHD,SPHE）、結構鋼（St37-2,St44－ 2,St50-2,St52-3）、汽車結構用鋼（SAPH310～440）、汽車大梁用鋼板（B510L）、汽車車輪用鋼（B330CL，B380CL，B420CL）、冷變形用熱軋細晶粒鋼板（QstE340TM～550TM）、鍋爐和壓力容器用鋼板（SB410，19Mn6）、IF 鋼及熱軋酸洗板等。主體設備包括：具有液壓閉環自動厚度控制的五機架連軋機，高效全氫罩式退火爐，平整、橫切機組和新增加的出口雙卷取及飛剪設備。采用淺槽紊流鹽酸洗工藝，運用先進的板型控制技術，高精度的厚度控制技術等，使厚度控制精度有了可靠的保證。產線工藝流程見圖1。

圖1 冷軋生產工藝流程

2 打孔機設計背景

冷軋廠1#線鹽酸洗機組設備老化，產品質量不好，產品種類單一。2011 年，冷軋廠對鹽酸洗機組設備進行升級改造，頭部焊機采用米巴赫閃光焊機，由于投入資金問題，焊機利舊。但是由于機組設計的是酸洗連軋生產機組，為保證連軋生產的順利進行，需要準確確認帶鋼頭尾焊接焊縫位置，所以在機組升級改造時，增加了焊縫跟蹤系統。焊縫跟蹤是通過焊機后沖孔機沖出的圓孔進行跟蹤。原有焊機后沖孔設計在帶鋼邊部，在焊縫跟蹤過程中由于帶鋼的寬度不同，不同規格鋼帶的沖孔位置有偏差，在焊縫跟蹤時會發生誤差。所以機組設備升級改造中，沖孔機的設計改造是必不可少的一部分。

3 沖孔機設計方案

3.1 沖孔機設計方案制定原則

（1）根據現場實際進行尺寸測量并設計，確保沖孔機的安裝無誤差。

（2）對沖孔機的上下機架、沖孔和沖模進行力學分析計算，確保沖孔機的強度和壽命。

（3）利用原有的液壓系統，與焊機焊接程序相銜接，保證沖孔機沖孔的穩定性。

3.2 沖孔機的力學分析

3.2.1 沖孔機沖壓力的計算

在計算沖孔機的沖壓力時，沖孔最小尺寸與孔的形狀、材料機械性能和材料厚度有關。計算后進行驗證分析，這樣才能保證沖孔機對所有帶鋼沖孔的穩定性。最小可沖孔眼尺寸見表1。

表1 最小可沖孔眼尺寸（為板厚的倍數）

根據表1，1#生產線選擇鋼（σb ＞700MPa)，圓孔直徑1.5 倍板厚，則可設計的最小沖孔直徑為1.5×1.6=9.0mm，結合生產實際，為了提高沖頭的壽命和沖頭的安全性，選擇沖孔大小為15mm。

考慮沖孔是帶鋼完全受到剪切力的作用使得帶鋼被沖穿，利用剪切力公式可以得到以下計算數據。

可以計算出液壓缸給與帶鋼的最小沖孔力為：

液壓系統壓力為P=8MPa，由此可以計算出液壓缸活塞面積為

根據以上的計算數據，我們可以選擇液壓缸的活塞直徑為250mm，再結合沖孔機機械結構尺寸，最終選擇液壓缸活塞直徑為280mm，沖孔機的沖孔液壓缸選擇完成。

根據以上分析及現場實際測量，決定在焊機挖邊剪和牽引小車之間設計安裝1 臺新制的沖孔機，沖孔機沖孔大小為φ15mm 大小的圓孔，液壓缸活塞直徑為280mm，沖孔帶鋼厚度為1.8～6.0mm 的沖孔機，可以適用于所有生產品種與規格。

3.2.2 沖孔機的結構設計

根據沖孔機安裝的位置和空間，根據現場的實際測量，在保證安裝空間不與其他設備干涉的情況下，我們選擇沖孔機的外形尺寸為2380×1696×550，沖孔機分為上下兩個框架，然后利用螺栓連接，同時連接部位用絕緣板隔開，避免焊機絕緣不好造成焊機燒損，機構簡圖見圖2。安裝完成后，經過試車沖孔效果很好，達到準確跟蹤的目的。

圖2 沖孔機設計簡圖

4 結語

不同寬度鋼板由于沖孔位置不同，造成連軋生產中帶鋼焊縫跟蹤不準確，從而影響連續作業，通過計算與現場現有設備現狀的結合，設計出一款適合冷軋1#生產線的沖孔機，滿足以下條件。

（1）在頭尾焊接焊縫附近帶鋼沖孔位置居中，改善不同寬度邊部沖孔跟蹤不準確問題。

（2）采用沖孔大小為15mm，滿足每個沖頭工作5000個鋼卷。

（3）液壓缸活塞直徑為280mm，保證連續自動沖孔。

安裝完成后，經過試車沖孔效果很好，達到準確跟蹤目的，保證了產線的連續化生產。