硅鋼成品剪切線碎邊剪國產化研究

盧志芳

（湖北科技職業學院 湖北武漢430074）

1 前言

硅鋼生產工藝實際上是從原材料開始，對冶煉、澆鑄、熱軋、冷軋、熱處理到精整實行全過程的檢測、控制、管理的一個系統工程：轉爐→真空處理→連鑄→加熱→熱連軋→常化酸洗（CP）→多輥軋機（ZR）→連續退火（CA）→罩式退火（CB）→熱平整（CT）→成品剪切（CS）。

在硅鋼帶鋼成品剪切（成品剪切線）生產線中，為了保證帶鋼邊部的幾何形狀，滿足帶鋼寬度方向的尺寸要求，一般采用圓盤剪對其邊部進行剪切，然后由碎邊剪將其切成碎塊，以便于廢鋼收集。因此，碎邊剪是板帶車間精整線上的一臺主要設備，它的生產能力及設備狀態直接影響到鋼材產量。

隨著我國鋼材的大規模生產急需，在剖析借鑒原裝碎邊剪減速箱和分配箱以及刀盤的結構和工作原理的基礎上，結合各大鋼廠生產現場的使用經驗，對硅鋼成品剪切線線碎邊剪，特別是高精度碎邊剪進行了國產化研制。

2 主要設備組成

碎邊剪設備主要由碎邊剪本體、減速機、底座裝配、碎邊溜槽、稀油潤滑管路、液壓管路及干油潤滑管路等組成。

2.1 結構組成

本設備由兩臺交流變頻主電機分別傳動兩臺減速機，固定剪是通過聯軸器傳動到碎邊剪上，移動剪是通過花鍵聯軸器傳動到碎邊剪上。兩臺減速機裝配型式不同，移動側減速機輸出軸為空心軸，但兩臺減速機速比保持一致。

主電機與減速機之間裝有電力液壓推桿制動器，便于設備安全停車。主電機、減速機、固定剪直接安裝于底座上，底座用地腳螺栓固定在基礎上。移動剪安裝在底座上，由交流變頻電機傳動到減速機，通過聯軸器傳動到滾珠絲杠上。滾珠絲杠在電機的帶動下旋轉，使裝于其上的螺母產生軸向移動，從而帶動移動剪在底座上滑動，從而調整碎邊剪兩側上下剪刃間的開口度。

2.2 底座裝配

由于剪切帶鋼的寬度不同，所以移動碎邊剪剪刃與固定碎邊剪剪刃之間的開口度需根據帶寬的變化而變化，即移動碎邊剪可以在底座上移動。底座裝配主要由底座、滾珠絲杠、螺母、連接套、銷軸、軸承座等組成。當剪切帶鋼寬度規格改變時，移動剪橫移電機傳動平面包絡環面蝸桿減速器，通過聯軸器傳動滾珠絲杠副，滾珠絲杠副的螺母通過連接套及銷軸與移動碎邊剪連接成一體，滾珠絲杠在電機的帶動下旋轉，使裝于其上的螺母產生軸向移動，從而帶動移動剪在底座上滑動，改變兩側剪刃間開口度。滾珠絲杠為無間隙傳動，即螺紋間隙很小，可以滿足剪切精度要求。為避免剪切時剪刃距離發生改變，在電機與蝸桿減速器之間裝有電力液壓推桿制動器，并保證設備安全停車。為準確計數移動碎邊剪移動的數值，在蝸桿減速器輸出端還裝有旋轉編碼器。為保證橫移后移動剪位置在剪切時不發生變化，機架與底座之間采用四個液壓缸鎖緊，當開口度調好后，液壓缸動作，球面墊頂在底座上，保證鎖緊。

2.3 碎邊剪本體

碎邊剪本體是碎邊剪的核心部分，帶鋼的碎邊剪切工作主要依靠它來完成。碎邊剪本體主要由齒輪軸、副齒輪、剪刃、刀盤、壓緊楔、偏心套、液壓鎖緊螺母、蝸輪減速機、機架等組成。碎邊剪本體機架均采用焊接結構，所有刀盤軸及側隙調整裝置等均安裝于機架上。剪刃裝于刀盤上，刀盤裝于刀盤軸上，刀盤軸由主電機帶動減速機通過聯軸器驅動，從而實現刀盤的旋轉剪切動作。而要準確實現精確的剪切質量，剪刃之間的相對位置必須調整，即剪刃的側隙必須調整，并保證刀盤的軸向鎖緊。

本文中碎邊剪的剪刃側隙調整是由電磁制動電機驅動蝸輪減速機，蝸輪減速機驅動裝于機架上部的齒輪軸轉動，齒輪軸的轉動帶動上刀盤軸做軸向移動，使剪刃側隙得到改變。剪切不同厚度的帶鋼，其上下剪刃之間的側隙是不相同的，根據剪切板厚的不同，可以設定不同側隙，其實際數值可通過側隙檢測裝置編碼器反饋到操作臺上。刀盤裝于刀盤軸上，為保證剪切精度，必須使兩側刀盤保證在同一準確位置。為了降低碎邊剪的剪切力，把刀盤設計成為螺旋刀的刀盤，這種結構降低了剪切力，使剪切功率也相應地減小，導致剪刃磨損降低，壽命增加。剪刃重疊量是通過上齒輪軸上安裝的偏心套來調整。為了確保剪切質量，消除上、下齒輪軸之間的齒輪側隙，設計下齒輪軸時在軸上安裝了副齒輪，在主齒輪和副齒輪之間安裝了調整墊，通過修配調整墊來消除齒輪側隙。為了確保剪切質量，防止刀盤松動，刀盤鎖緊采用液壓螺母來鎖緊。液壓螺母是用專用工具向螺母內注入高壓油，油的壓力推動裝于螺母內的壓緊環壓緊刀盤，這樣就保證了剪切時由于剪切力引起的側推力產生的螺紋間隙消除，達到較好的剪切質量。

為了減小更換剪刃的輔助時間，提高生產率，剪刃裝在帶有錐形孔的刀盤上，并用液壓螺母鎖緊在齒輪軸上。采用這種結構，更換剪刃較為方便。在更換剪刃時，在刀盤軸上卸下液壓螺母，取下刀盤，然后，將整套裝有新碎邊剪剪刃的備用刀盤裝上，再將液壓螺母鎖緊。

3 刀盤結構分析

不同材質、厚度的帶鋼要求碎邊剪的設備參數及結構布置做出適當的調整，否則會出現剪刃使用壽命縮短或帶鋼卡鋼等現象，嚴重影響作業效率和經濟效益［1，2］。

其次是絕對的絕戶繼承，即父母雙亡沒有男性繼承人的繼承，這又包括了在室女單獨繼承和在室女、歸宗女、出嫁女的混合繼承。在第一種情形下，“諸絕戶財產，盡給在室諸女。”即去除喪葬費用之后，將所有財產盡數給予在室女，若有多個在室女，則數人平均分配財產。在存在在室女、歸宗女、出嫁女時，遵循的原則是給予在室女家產較多，歸宗女次之，出嫁女最少。

3.1 硅鋼成品剪切線線主要技術參數

帶鋼厚度：0.25mm～0.75mm；帶鋼寬度：1200mm～2300mm；

帶鋼長度：最大20000mm；帶鋼強度極限：抗拉強度σmax＝600N／mm2；

碎邊寬度：10mm～80mm；碎邊長度：550mm～1100mm；

毛刺：≤0.03mm；剪切速度：最大1.5m／s；剪切溫度：≤200℃；移動剪移動行程：最大1600mm；

移動剪移動速度：15mm／s。

3.2 碎邊剪刀盤結構分析

圖1 刀盤刀片布置簡圖

目前國內制造的碎邊剪在結構上多采用雙滾筒式或一個刀刃固定，另一個刀刃旋轉的形式，刀刃曲線和滾筒母線平行。這樣的碎邊剪雖然結構簡單，但由于切斷廢邊時刀刃在整個寬度上同時進入剪切位置，又同時離開，不可避免地要形成沖擊和噪音，使設備的負荷加重，從而帶來一系列問題［3］。

而硅鋼生產線上碎邊剪為轉鼓刀盤飛剪式，每個轉鼓刀盤上安裝四把刀片，把鋼帶兩側的切邊廢料按機組作業線的同步速度切成長短合適的碎片，以便收集和處理。作業中心線兩側對稱布置兩臺碎邊剪，碎邊剪的減速箱和分配箱做成一體式復合結構，復合齒輪箱輸出端是速比為1∶1的裝轉鼓刀盤的兩刀軸，兩臺復合齒輪箱由一臺電機驅動，兩齒輪箱輸入軸之間用矩型花鍵連接，實現兩碎邊剪同步工作。

該轉鼓刀盤碎邊剪的剪切原理和常規剪切相同。都有兩點基本要求，一是兩剪刃不能頂刀，這要求兩轉鼓的刀頭分度一致，并且同步運轉；二是剪切受力時讓刀不能太多，讓刀太多就會出現撕裂或剪不斷的現象，從而造成同步齒輪齒面間瞬間沖擊，這要求兩同步齒輪傳動側隙不能太大。根據傳動需要，齒輪副不可能無側隙嚙合。因此在碎邊剪結構中必須設計齒側間隙補償機構，一方面消除齒側間隙對剪刃間隙的影響；另一方面減少剪切時的沖擊。

碎邊剪由于剪切帶鋼較薄，因此對上下剪刃之間的間隙要求很嚴，間隙稍有變化，將會出現剪刃頂刀（間隙小于零）或鋼帶剪不斷（間隙變大）的現象。特別是隨著軋制節奏的不斷加快，碎邊剪造成的剪切缺陷日漸明顯。主要就是由于碎邊剪間隙大小不穩定，嚴重影響日常生產。

圖2 刀片安裝簡圖

4 參數確定

4.1 刀盤材質及結構

刀盤材質為40CrMnMo經調質滲氮處理，刀片材質為WC，刀墊和壓塊材質為一般模具鋼。其中下刀盤傳動，上刀盤從動（可橫移調側隙）。

上、下刀盤刀片重疊量與其側間隙調整有些不同，其中，下刀盤中，刀片重疊量是通過調整剪刀底下的墊板厚度來實現的，刀片側隙通過剪刃側隙調節裝置來調節；而上刀盤中，刀片只有底墊來調整刀片重疊量，沒有側墊來調整側間隙。

一般圓盤剪及碎邊剪剪刃間隙和重疊量的調整指導原則：

側隙：側隙＝H／10；

重疊量：重疊量＝0.85mm－0.2×H

式中：H—帶鋼厚度，mm。

4.2 重疊量確定

該碎邊剪重疊量標定存在一定困難，目前是采用用標尺量重疊刀刃弦長L，通過

式中：L—重疊刀片弦長，mm；

R—刀片半徑，mm；

D—重疊量，mm。

所切帶鋼厚度最小值為0.25mm，最大值為0.75mm，從而確定重疊量為0.3mm，本臺碎邊剪刀片的半徑為1480mm，重疊刀片的弦長L為42.1mm。

4.3 側間隙確定

碎邊機的刀刃是先加工側面和底平面，然后組裝到滾筒體上磨削外表面。刀刃在滾筒體上的布置是否準確，主要靠加工精度保證。

刀刃的重疊量是事先給定的，根據滾筒中心距和重疊量算出刀刃的磨削圓外徑后，即可完成刀刃加工的最后一道工序。

通過增加刀刃下部的墊片，可以多次使用和重磨刀刃，但磨后不能調整重疊量。刀刃的側間隙也是靠加工精度來保證的，無法調整。

目前國內已有廠家在滾筒體和刀軸之間采用斜楔聯接，并通過斜楔來調整刀刃側向間隙的機構，該機構里斜楔直面是和刀軸間的作用面，斜面是和滾筒間的作用面。正常工作時，兩個斜楔已足以使筒滾在軸上雙向固定，當調整側向間隙時，可以固定一個滾筒，通過另一個筒滾上的斜楔的軸向移動，使滾筒轉過一個微小的角度，從而達到調整側隙的目的。

這一機構簡單易行，但實際上只能保證一對刀的側隙，其它各對刀刃的側隙還取決于滾筒的分度精度。不過總體而言，采用這一機構可以在一定程度上調整側隙。

此碎邊剪根據帶鋼厚度最小為0.25mm，最大為0.75mm，選擇側間隙為0.02mm。

5 刀片裝配

5.1 刀片、底墊、側墊和壓塊配裝

將完成加工要求的刀片、底墊、側墊和壓塊分別裝到刀盤上，將其各個接觸面抹勻紅丹，用螺栓擰緊，然后拆卸，觀察各接觸面，必須保證底墊、側墊與刀盤基準面70%接觸，并用0.02mm塞尺塞不入；底墊、側墊與刀片70%接觸，壓塊與刀片、刀盤70%接觸，同樣用0.02mm塞尺塞不入。如果該要求沒有達到，需用油石手工精磨。其中，刀片、刀盤制作周期較長、成本較高，將其視為標準件，通過精磨底墊、側墊、壓塊來滿足接觸面要求。

5.2 配刀

刀片、底墊、側墊和壓塊完成接觸面配裝后，將其全部安裝到刀盤上，然后將刀盤安裝到刀軸，轉動刀盤，使每對刀片處于剪切狀態。

首先，用量具量取每對刀片重疊量及側間隙，對照已經確定的參數值，此處要求底墊、側墊不允許增加薄墊片，對沒有達到參數要求的，需分別解體后，將底墊和側墊用平面磨進行參數的調整，需要指出的是，底墊和側墊最好要考慮到配刀損耗及精加工余量，否則將會嚴重影響裝配進度。

然后，需滿足：四把刀側隙相差≤0.01mm，四把刀重疊量（接觸線長）相差≤1mm，調完刀后，底墊固定螺絲用洛泰膠防松。完成配刀后，試剪A4紙或普板，測量毛刺。

需注意兩點：第一，壓塊螺紋孔最好在接觸面及接觸間隙保證后，根據刀片、側墊、刀盤螺紋孔位置定位壓塊螺紋孔位置后再行打孔；第二，每個底墊、側墊和壓塊都最適用于刀盤上的對應接觸面，在配刀完成后，應分別對刀盤、底墊、側墊和壓塊做單一標記。

6 結論

硅鋼成品剪切線碎邊剪設計、制造和裝配要求較高，以前基本被國外公司壟斷，但通過我國科研人員的不斷鉆研，也逐漸掌握了該技術。按照上述碎邊剪結構、材料、配刀等技術對某大型鋼廠成品剪切線國產碎邊剪進行設計、制造、裝配并應用，剪切效果良好，印證了高精度碎邊剪國產化的成功，堅定了國產化道路的信心。