碎邊剪穩(wěn)定運行影響因素分析

孫兵 耿延好 苗旺

(上海梅山鋼鐵股份有限公司 江蘇南京210039)

1 前言

某冷軋酸洗板機組產(chǎn)品厚度為1.4-8.0mm，機組布置有圓盤剪、碎邊剪，用于切除邊部厚度超差的熱軋帶鋼，同時對帶鋼定寬，切下的邊絲采用碎邊剪進行剪切和收集。由于碎邊剪刀頭剪切噸位數(shù)較低、更換頻繁。更換下線的刀頭離線修復后，用工裝調(diào)整刀片側(cè)隙和重疊量，但刀頭回裝后刀片的側(cè)隙變化較大，對間隙重新調(diào)整標定和檢測需要2個小時，影響機組產(chǎn)量，修復費用也較高。因此針對碎邊剪運行方式優(yōu)化，延長碎邊剪使用壽命、降低修復費用等有重要的實用價值。

2 碎邊剪結(jié)構(gòu)特點

2.1 碎邊剪結(jié)構(gòu)組成

碎邊剪的功能是將圓盤剪剪切下來的連續(xù)的帶鋼邊絲剪切成固定長度的碎邊條。碎邊剪主要由電機、減速箱、齒輪分配箱(機座)、刀頭、間隙調(diào)整及開口度調(diào)節(jié)裝置等組成，碎邊剪本體如圖1所示。一套碎邊剪有兩個機體，對稱布置在生產(chǎn)線的操作側(cè)和傳動側(cè)，每側(cè)有上下兩個刀頭，每個刀頭上安裝有六把刀片。

圖1 碎邊剪右側(cè)結(jié)構(gòu)

2.2 結(jié)構(gòu)特點

本機組配置的碎邊剪為四刃口刀片，刀片有四條曲線完全相同的刃口，四個刃口均可使用，刀片用螺栓固定在刀頭上。這種結(jié)構(gòu)形式的碎邊剪一般用于剪切厚度為1.5-6.0mm，屈服強度小于320MPa的帶鋼。刀片材質(zhì)一般為6CrW2SiV或5Cr5WMoSiV、硬度一般為HRC54-55。

由于該碎邊剪本身結(jié)構(gòu)特點，更換采用更換刀頭方式，每次更換過程是先將四個刀頭拆下來，再安裝修復好的刀頭。

3 問題

碎邊剪在使用過程中存在兩個方面的問題，一是剪切噸位數(shù)低，約為5000-6000噸，使用周期短約為3-4天，造成換刀頭頻繁。由于每次碎邊剪更換刀頭刀片的側(cè)隙發(fā)生變化，所以刀頭更換后需要2個小時對間隙重新調(diào)整標定和檢測。二是堵邊次數(shù)多，高速和厚料堵邊處理較為困難，經(jīng)常造成機組停機。

由于碎邊剪使用周期短且不穩(wěn)定、更換時間較長，堵邊問題不僅導致碎邊剪的修復費用高，而且嚴重影響機組的正常生產(chǎn)組織以及機組產(chǎn)能釋放。

4 改進對策

4.1 碎邊剪刀片材質(zhì)和硬度試驗研究

碎邊剪的刀片材質(zhì)和硬度是影響碎邊剪使用壽命的關(guān)鍵因素，而刀片材質(zhì)以及硬度的選擇主要取決于所剪切來料的鋼種，剪切強鋼高的鋼種需要低硬度的刀片，高硬度刀片剪切高強鋼容易造成剪刃產(chǎn)生大量崩口，但剪切較低強度的IF軟鋼時需要高硬度的刀片，硬度較低容易造成剪刃變鈍，剪切薄料軟鋼時出現(xiàn)“粘刀”情況。碎邊剪在使用過程中最主要的失效形式就是剪刃變鈍和崩口。

由于機組切邊料厚度拓展到8.0mm，屈服強度最高達到980MPa。刀片上線后在剪切高強鋼后出現(xiàn)崩口，造成刀片上機使用時間較短。降低刀片硬度可以解決崩口問題，但機組生產(chǎn)薄料IF軟鋼剪刃容易變鈍，剪切薄料IF軟鋼時會產(chǎn)生粘刀剪不斷問題。因此需要找到一種合適的刀片材質(zhì)及硬度，保證在剪切高強鋼鋼時不崩口和剪切IF軟鋼不粘刀。

根據(jù)現(xiàn)場刀片使用工況要求，先后分別試用了不同材質(zhì)和硬度的四種刀片，四種刀片編號為A、B、C和D。對使用效果進行跟蹤，并對刀片進行化學成分、金相組織和硬度等進行檢測試驗。金相組織分析結(jié)果如圖2所示，表1和表2分別為化學成分及硬度檢測結(jié)果。

圖2 金相組織分析

表1 化學成分(實驗室)測試結(jié)果(%)

表2 硬度檢測結(jié)果

跟蹤編號為A和B刀片出現(xiàn)崩口概率較高，C刀片基本無崩口，但刃口容易變鈍，D刀片較其它三種刀片崩口及鈍化情況相對來說較好。

根據(jù)以上現(xiàn)場試驗和分析，編號為D廠家制造的刀片，材質(zhì)為6CrW2SiV冷作模具鋼，硬度值在HRC51-52最適合現(xiàn)場工況條件，既能保證剪切高強鋼產(chǎn)生較少崩口，又能剪切薄料IF軟鋼。

4.2 碎邊剪側(cè)隙設(shè)定值優(yōu)化

碎邊剪刀片側(cè)隙和重疊量是碎邊剪最重要的工藝參數(shù)[3]，也是影響刀片使用壽命的關(guān)鍵因素之一。碎邊剪在剪切軟料時，剪刃容易變鈍，刀片劣化速度較快，剪切噸位數(shù)明顯下降，對側(cè)隙設(shè)定參數(shù)進行分析，發(fā)現(xiàn)其側(cè)隙設(shè)定值偏小，尤其是剪切厚料IF軟鋼側(cè)隙設(shè)定值過小，剪切時容易使刀片刃口變鈍。對側(cè)隙參數(shù)進行優(yōu)化如表3。

表3 碎邊剪側(cè)隙設(shè)定值優(yōu)化

經(jīng)過試驗，優(yōu)化后的側(cè)隙值效果良好，改善刀片刃口變鈍情況，延長了刀片的使用壽命。

4.3 堵邊原因分析改進與優(yōu)化

酸洗機組產(chǎn)品的厚度、寬度以及強度范圍變化較大，經(jīng)常發(fā)生圓盤剪切邊后廢邊條堵在溜槽 里如圖3所示。

4.3.1 原因分析

碎邊剪堵邊的直接原因是邊絲在碎邊剪導槽內(nèi)進料不暢，邊絲在刀頭處受阻滯，原因有4個方面：①厚料圓盤剪進刀需要切月牙時，為防止月牙剪進刀時撞擊帶鋼，月牙剪后三輥糾偏輥自動上抬導致帶鋼前移，邊絲在碎邊剪刀刃處拱起，發(fā)生堵邊；②碎邊剪上下刀頭之間兩側(cè)間隙偏小，厚料邊絲進料發(fā)生卡阻，造成進料不暢；③圓盤剪導向環(huán)磨損較快，起不到導向作用，邊絲在進入導槽時容易發(fā)生卡阻；④先導率設(shè)置不合理，高速生產(chǎn)時發(fā)生堵邊，先導率設(shè)置偏低導致邊絲進料時料頭抵住刀頭。

4.3.2 改進措施

①增加碎邊剪防堵邊控制程序

當三輥糾偏輥自動抬上輥時，機組停機，維持碎邊剪轉(zhuǎn)動30秒，帶鋼發(fā)生前移時，邊絲被一直處于旋轉(zhuǎn)的刀頭進行剪切，避免了開機堵邊的發(fā)生。

②增加上下刀頭之間邊部間隙

根據(jù)廢料邊絲表面壓痕及刀頭磨損部位，確定刀頭間隙過小導致生產(chǎn)厚料頻繁發(fā)生堵邊區(qū)域，在剪切時上下刀頭間隙過小，刀頭對邊絲剪切時伴隨擠壓動作。

根據(jù)圖紙尺寸將刀頭相應的區(qū)域重新加工，增加上下刀頭邊部區(qū)域的間隙，解決了因此而發(fā)生的堵邊情況。

③改進圓盤剪導向環(huán)材質(zhì)

原設(shè)計導向環(huán)為橡膠材質(zhì)，磨損較快，采用銅合金導向環(huán)，延長導向環(huán)壽命。

④先導率優(yōu)化

碎邊剪先導率(先導率指剪刀的線速度和邊絲線速度差的相對量[2])設(shè)定值是影響剪刃壽命的重要因素之一，理論上先導率設(shè)定值越低越有利于刀片使用壽命的延長，設(shè)備制造方要求碎邊剪先導率設(shè)定值盡量在1%—2%，但過低的先導率使邊絲發(fā)生折彎，進料不暢，容易發(fā)生堵邊問題，尤其是在生產(chǎn)薄料時，有發(fā)生高速堵邊的風險。邊絲厚度不同所要求的最低先導率設(shè)值也不同。

因此，根據(jù)不同厚度的帶鋼設(shè)定先導率，保證不因先導率過低導致碎邊剪堵邊，最大限度的延長刀片使用壽命。經(jīng)現(xiàn)場長期跟蹤實踐，將先導率設(shè)定在5%-8%之間較為合理。

4.4 刀片更換方式改進

由于該碎邊剪本身結(jié)構(gòu)特點，更換時采用更換刀頭方式，而修復時用工裝調(diào)整刀片間的側(cè)隙和重疊量，現(xiàn)場更換刀頭后6組刀片間隙超出0.05mm內(nèi)的標準范圍，間隙超差嚴重影響碎邊剪刀片的使用壽命，造成剪刀噸位數(shù)降低，做了以下改進：

4.4.1 現(xiàn)場更換刀片

該碎邊剪刀片4個刃口曲線完全相同，4個刃口均可使用，據(jù)此特點，采用現(xiàn)場更換刀片方式，即刀頭不拆卸，僅拆卸舊刀片，安裝新刀片或?qū)⒌镀嬗茫ㄟ^嚴格控制刀片的加工尺寸和增加墊片調(diào)整，刀片的間隙精度能夠達到目標范圍內(nèi)。相比更換刀頭方式可節(jié)約1小時時間。

4.4.2 現(xiàn)場重疊量檢測調(diào)整

該碎邊剪刀片4個刃口曲線完全相同，根據(jù)刀片曲線是關(guān)于Y軸對稱，上下刀片的刃口曲線關(guān)于X軸對稱的特點見圖3所示，檢測上下刀片的重疊量可轉(zhuǎn)化為測量重疊區(qū)域曲線的弦長，通過弦長X值計算刀片的重疊量Y值見圖4所示。

圖3 刀片外形圖

圖4 刀片刃口曲線重疊示意圖

刀片刃口曲線方程為：

(1)

根據(jù)公式(1)可推導出：

(2)

設(shè)刀片的重疊量為G，根據(jù)刀片刃口曲線重疊示意圖可得G=2Y，設(shè)計要求刀片的重疊量G在0.2-0.25mm范圍內(nèi)，即在設(shè)計刀片重疊量范圍內(nèi)，2Y數(shù)值在0.2-0.25，Y2值為0.01-0.016，在內(nèi)，由于Y2遠小于360Y，故Y2可忽略不計，，公式(2)可簡化為：

(3)

根據(jù)公式(3)可得：重疊為0.2時，即Y1為0.1、X1=17.543，對應的重疊區(qū)域內(nèi)玄長L1=2X1=30.86；

重疊為0.25時，即Y2為0.125，X2=19.613，對應的重疊區(qū)域內(nèi)玄長L2=2X2=39.23；

根據(jù)以上計算可知：重疊區(qū)域內(nèi)玄長L在30.86-39.23mm范圍內(nèi)時，刀片重疊量在0.2-0.25之間，重疊量符合要求。即可通過現(xiàn)場測量重疊區(qū)域刀片長度快速判斷重疊量是否符合要求，反之當測量數(shù)值小于30.86mm，或大于39.23mm，可判定重疊量不符合要求，需要調(diào)整。

如果現(xiàn)場測量重疊區(qū)域內(nèi)弦長L超出30.86-39.23mm范圍，根據(jù)公式(4)，將X值(X=)帶入公式可快速計算出刀片實際重疊量值，根據(jù)計算結(jié)果相應加減墊片調(diào)整重疊量即可。

通過此方法可以實現(xiàn)刀片重疊量快速在線檢測，計算出重疊量偏差值，為刀片重疊量調(diào)整提供依據(jù)。

5 結(jié)論

(1)選擇合適的刀片材質(zhì)和硬度有利于延長刀片的使用壽命。

(2)根據(jù)帶鋼的厚度規(guī)格選擇合理的刀片側(cè)隙，優(yōu)化先導率能有效延長刀片的剪切公里數(shù)。

(3)對碎邊剪的堵邊通過防堵邊控制程序、增加上下刀頭之間邊部間隙、改進圓盤剪導向環(huán)材質(zhì)有效的控制住碎邊剪的堵邊。

(4)通過對刀片更換方式的改進，提高了刀片側(cè)隙、重疊量的精度，對提高刀片的壽命有著積極的作用。以上措施實施后，效果良好，使碎邊剪的運行狀態(tài)有了明顯提升。