調整滾切式雙邊剪夾送輥參數提高剪切質量

辛 欣

（天津鋼鐵集團有限公司，天津300301）

0 引言

鋼板剪切工序是中厚板生產流程的重要一環，矩形切割可以去除軋后母板四邊集中缺陷，而精確定尺能提高鋼板售價，獲得更高效益。天津鋼鐵集團有限公司(天鋼)中厚板生產線配備的雙邊剪可實現縱向切邊工序，在實際生產過程中，產生“邊部錯刀凸臺”、“鐮刀彎”、“切斜”、“掉肉”、“剪后邊浪”“上下凸臺”“寬尺縮尺”等缺陷，嚴重影響了鋼板成材率，降低了生產合格率，后續處理增加大量人工成本。

1 設備介紹

天鋼中厚板配備的雙邊剪設備，其機架相對布置于鋼板運行方向兩側，裝備有固定側、移動側剪切機構，碎邊機構，夾送輥，靜壓導軌調寬機構，鋼板磁力對中和激光劃線系統，由入口、出口輥道聯動完成物料運輸。

夾送輥配置在雙邊剪出口和入口，分固定側和移動側上下對置，機架內有一條托輥縱梁支撐薄板。工作狀態分為空放和剪切兩類，作業流程如下：

1.1 空放鋼板

空放鋼板時，靜壓導軌調寬機構移動雙邊剪移動側機架打開通道，磁力對中按激光劃線指示擺正鋼板后送鋼。鋼板行進時，僅下夾送輥配合輥道輸送鋼板；

1.2 剪切鋼板

剪切鋼板時，依據激光劃線定位鋼板橫向位置，設定機架開口度和剪切每步步長及速度。當鋼板頭部完全進入入口夾送范圍內后其上輥自動壓下，夾送到剪刃。剪切時，兩側機架上刀臺帶動裝配其下端剪刃形成運動弧線，重合于下剪刃，完成單次鋼板邊部剪切。同側碎邊機構，通過機械軸相連，當鋼板夾送到下一步序位置，同步截斷上一刀被切毛邊。當鋼板頭部完全通過出口夾送輥下方區域后，出口上輥壓下，此時四組夾送輥同時夾持鋼板。鋼板尾部離開入口夾送輥區域后，入口上輥抬起。同理，鋼板尾部離開出口夾送輥區域后，出口上輥抬起，剪切過程結束。

2 剪切質量問題體現及初步分析

2.1 邊部雙側錯刀

對鋼板兩邊進行剪切時，相鄰兩刀切口的軌跡不在同一直線，當交錯口超過2 mm 時，形成肉眼可見的邊部缺陷。常在16 mm 厚度以下規格出現，且越薄越明顯。當一側錯刀呈凸臺時，對邊相同位置有掉肉缺陷對應，該缺陷有時伴生“鐮刀彎”缺陷（參照國標GB/T3274）。

初步分析：可因剪刃裝配或機架上刀臺兩側平行度差；但是，如果鋼板形成“鐮刀彎”缺陷，應為鋼板剪切過程中形成單一方向逐步跑偏所致，主要由雙邊剪夾送輥安裝精度、夾送輥雙側輸出轉速（線速度或角速度）不同步、夾送輥碟簧或液壓缸等其他部件損壞造成的。

2.2 頭尾邊部錯刀

這類缺陷和雙側錯刀凸臺類似，但通常在厚度大于30 mm 以上或者長度12 米以下的鋼板中出現，且只分布于單邊頭部或尾部，鋼板板身在剪切過程中運送平穩。

初步分析：此缺陷僅在入口夾送輥僅接觸鋼板頭部或尾部剛離開入口夾送輥時的雙組夾送輥夾持狀態。檢修中發現僅有單個夾送輥出現故障時有此表象，可根據錯刀位置判斷故障夾送輥的位置。

2.3 剪后邊浪

鋼板剪切后邊部產生邊浪類不平度，浪峰間距大，該類缺陷和夾送輥夾持范圍對應性很強，厚度一般在10 mm 的以下的低碳鋼鋼板經常出現。

初步分析：同種材質鋼板，其彈性模量和屈服強度一定。厚度降低，發生塑形形變的壓力也會降低。夾送輥為保證穩定夾持，實際夾持力通常設置較大，易達到甚至超過其塑性變形壓力，形成長度方向延展。相對于鋼板非夾持部分，被夾持部分長度變長，造成不平度，形成邊浪缺陷。另外，隨鋼板剪切溫度增高，彈性模量降低，亦導致塑形形變壓力變小，當夾持力超過其塑形形變壓力時產生邊浪。

應調整夾送輥壓力厚度對應關系，合理調整薄板夾持壓力值，使其即不發生打滑又不會發生塑性變形。

2.4 鋼板兩側切口不規則切傷缺陷

鋼板在剪切后明顯產生兩側方向有對應性的剪切缺陷，但沒有任何線性規律。

初步分析：鋼板夾持前進過程中產生滑動，一般因夾送輥夾持力過小，使夾送輥對鋼板摩擦力無法抑制鋼板在前進中的動量，導致產生滑動。

2.5 掉肉和上下凸臺

鋼板剪切立面少肉或外凸，伴生鋼板上下表面和鋼板立面交接處，出現上拉或下拉的凸臺情況。

初步分析：剪刃間隙過小時，其撕裂塑性變形階段不充分，切割面滑移較早且劇烈，產生掉肉；反之，鋼板溫度高或剪刃間隙大的情況下，容易產生上下連續凸臺。

2.6 寬度不穩定

寬度忽寬忽窄，在生產實際中多次出現過鋼板頭部和尾部寬度相差3 mm 到8 mm 的情況，一般板頭窄板尾寬，多見厚度大于20 mm 的鋼板。對鋼板寬度公差控制帶來極大不便。

初步分析：該現象一般因雙邊剪機架寬度調整機構抱閘不穩定造成。

綜上，缺陷序號 1、2、3、4 和雙邊剪夾送輥有明顯關系，可見在完成剪切工序時，其切邊質量和夾送輥有密切關系。在剪切過程中雙邊剪夾送輥安裝精度控制和夾送輥壓力的調整需要我們結合實際進行研究。

3 夾送輥的安裝精度的控制

夾送輥的安裝精度，主要是夾送輥輥身軸向偏差、輥面標高和夾送輥輥身傾角三個方面。

3.1 輥身軸向偏差

夾送輥壓在鋼板表面進行轉動，帶動鋼板前進并進行剪切。如果輥身軸向有偏差，其轉動方向與鋼板前進方向不平行，產生橫向分速度，鋼板將橫向移動，產生跑偏。

檢測方法：在雙邊剪機架內側，水平拉一根鋼絲并保證其與上刀架剪刃安裝平面平行，高度大約設置在夾送輥中心位置。任取夾送輥附近X、Y 兩點，測量X、Y 兩點距離L 和該兩點距離夾送輥端面距離sx、sy，根據正切函數計算出夾送輥輥身軸向偏差為其偏差T 值應該在0.07 mm/m 以內。如果超出此數值，需要進行調整。下夾送輥調整時，參照上夾送輥即可。

調整方法：通過調整軸向偏差調節螺栓，帶動斜楔橫向移動，使夾送輥向前后偏移（見圖1）。根據實踐經驗斜楔水平方向每增減1 mm，夾送輥偏移0.05 mm/m。

3.2 下夾送輥輥面標高

在鋼板夾持過程中，上夾送輥壓下，下夾送輥固定。下夾送輥輥面為鋼板實際移動的基準面。其標高應該高于下剪刃上表面5 mm，下輥面以及輥道若標高不同，鋼板行進過程中，單側速度方向與水平方向產生夾角，形成垂直方向分速度，輥道及夾送輥前后輥面標高差較大時會導致鋼板碰撞輥面，導致兩邊速度不一致，產生鋼板跑偏。

檢測方法：根據下夾送輥的軸承座標底面和頂面的標高位置與輥道水平高度的關系進行標高測量。可以利用水準儀進行測量，也可以用2 米以上的平尺和框式水平儀對下夾送輥端最高點部逐對測量。

調整辦法：調節夾送輥下方的調整螺栓（見圖1）。實際操作發現，每旋轉一圈螺栓，其調整量約為2 mm，要求誤差控制在±0.5 mm 以內時對跑偏影響可以忽略。

圖1 夾送輥安裝精度調整點位

3.3 夾送輥輥身傾角

在夾送輥夾緊鋼板時，上下輥輥面與鋼板的上下表面理論上為緊貼狀態。但因夾持力的作用，在夾送輥壓下后，夾送輥的傳動軸產生撓度。若夾送輥間的傾斜角度不正確，夾送輥間的夾持力無法平均分布在夾送輥輥面，此時產生轉動分力矩，使鋼板跑偏。所以需要對夾送輥的輥身傾角調整即為撓度調整。

3.3.1 現場檢測夾送輥傾角的幾種方法

3.3.1.1 觀察剪后夾持部分痕跡法

鋼板在剪切過程中，被夾持部分上表面氧化層有明顯痕跡。夾送輥傾角正常時，其轉動中心平行于鋼板表面，夾持力均布在接觸面上，形成均勻對稱痕跡。傾角不正常時，其寬度方向夾持痕跡不平均，兩側差異明顯。此方法可初步判斷傾角大小和偏移方向。

3.3.1.2 塞尺粗測法

將上下夾送輥夾緊，其夾持力設置為5Mpa，而后使用0.05 mm 的塞尺測量上下夾送輥輥面在壓緊之后輥面后的間隙，無法塞入為合格。

3.3.1.3 框式水平儀檢查法

在夾送輥抬起狀態下，利用框式水平儀側面緊靠夾送輥內側端面（圖2 示），根據液柱顯示的傾斜情況進行反向側墊塞尺，至儀液柱顯示水平。最后根據所墊塞尺厚度來計算夾送輥輥身傾角。

當塞尺厚度為h（mm），水平儀接觸輥側面到塞尺的距離為D（mm）時，定義其傾角正切值表述為理論上：上夾送輥撓度 H上=1.0 mm/m，下夾送輥撓度 H下=0.7 mm/m。

上述方法一可作為日常生產時的觀察判斷；方法二作為快速檢驗夾送輥傾角的簡便方法；方法三作為安裝、調整夾送輥傾角時的精確測量。

圖2 夾送輥傾角框式水平儀測量法（虛線為壓下狀態）

3.3.2 夾送輥傾角調整方法

在安裝階段傾角是依靠改變夾送輥機架與U型框支架之間安裝的調整墊厚度來實現的（見圖1）。根據調試經驗和與兄弟企業的多方面交流，四組夾送輥之間相互影響作用復雜，通過墊片調整角度約束條件很多，一旦調試成功后及時做好設備檔案，我廠所用雙邊剪曾更換過出口下夾送輥，對墊片厚度保留原始厚度，剪切實際效果良好。推薦夾送輥傾角異常時，通過調整夾送輥的碟簧鎖母預緊程度進行微調。

4 調整夾送輥壓力解決剪切不平度問題

鋼板夾送過程中，若壓力過大會產生邊浪缺陷，夾持力需要滿足既不會發生邊部塑性變形又可以順利完成加速前進。夾送輥夾持送鋼過程中，產生以下力：鋼板重力、夾送輥液壓壓力、夾送輥重力、摩擦力等，鋼板因牽引力前進受到以下因素影響

圖3 每分鐘剪切30 刀次T-V 圖

（1）最小牽引力F：剪切時鋼板每運動周期經歷：勻加速運動，最大峰值速度勻速運動，勻減速運動至停止，靜止待切四種狀態。牽引力和鋼板加速度呈正比，每分鐘刀次調節范圍為16 刀至30 刀，步長為1050 mm 或1300 mm（如圖3 所示）。現按照每分鐘30 刀切計算，設定每道步長1050 mm，其輸送加速度最大為3.5 m/s，當剪切薄規格為8 mm 時最容易產生不平度，毛邊寬度為2.1 m（剪切后為2 m），由于整張鋼板下表面只有輥道和夾送輥的摩擦力提供前進力，上表面受夾送輥產生的合力，設實際最長鋼板為研究對象，此時長度l 為40 m。

則 鋼板前進最小的牽引力=質量×速度=長×寬×高×密度×速度

（2）鋼板重力Gb：如上述取厚度h 數值為8 mm，寬度b 數值為2.1 m，共有四個夾送輥起支撐作用，計算重力時因整張鋼板除去夾送輥外均有輥道支撐。故僅考慮需要夾送輥支撐的部分，即以距離夾送輥最近的前后輥道之間部分鋼板為研究對象，其間距lb為6.7 m，則每個夾送輥上所受的鋼板重力Gb

（3）夾送輥自重G1:針對夾送輥自重對鋼板產生的作用力做正交分解，通過圖紙可知，上夾送輥是通過銷軸剛性連接于下夾送輥，其重力在鋼板上的作用可忽略。

（4）由于是鋼鐵和鋼鐵間摩擦，摩擦系數μ 可取0.15，共有四組夾送輥，故單組夾送輥所需的動力F0。所以上夾送輥摩擦力與下夾送輥摩擦力之和滿足以下要求可實現鋼板正常輸送。

μ×（G1+F0）+μ×（G1+F0+Gb）＞F/4，當 G1取 0 時，

則 F0＞14190N 可實現夾送。

式中:單滾最小夾送壓力，N。

反向推算，原來調試設定剪切8 mm 鋼板時采用的液壓缸壓強P 為50bar，根據生產實際，此壓強夾持低碳鋼時，鋼板邊部極易塑性變形。通過實踐調定，剪切該厚度壓力減小到40bar 時，無邊部變形缺陷。該液壓缸的缸徑和桿徑分別為160 mm 和90 mm，則此時壓緊缸作用到鋼板上的壓力F1等于油缸壓力乘它的實際力臂比。

F1＞F0，可以滿足鋼板壓緊需求。同理，計算同樣容易產生切后不平度的低碳鋼，厚度10 mm 時也可以滿足要求。

5 總結

綜上所述，發現雙邊剪夾送輥安裝精度和夾送輥壓力設置大小是現實生產中產生“邊部錯刀凸臺”、“鐮刀彎”、“切斜”、“掉肉”、“剪后邊浪”“上下凸臺”“寬尺縮尺”等缺陷的主要原因。通過采取夾送輥的安裝精度的控制和按品種規格調整夾送輥壓力等措施，提高了鋼板的剪切質量，解決了困擾生產的很多問題，尤其在切后邊浪缺陷方面，措施采取前剪切邊浪缺陷出現嚴重，僅8 mm～10 mm 兩規格于2018 年曾經產生3 次60 噸以上質量事故，各別月份產生不合格品達到60 片以上，嚴重影響了鋼板成材率和合格率，給后續處理增加了大量人工成本。通過工藝和設備的科學調整，目前該類缺陷基本為為零，鋼板成材率和合格率顯著提高，后續處理的人工成本大幅減少了。