侯定坤

(洛陽有色金屬加工設計研究院，河南 洛陽471039)

隨著鋁板帶產(chǎn)品在國民經(jīng)濟發(fā)展中的日益普及，人們對板帶材品質的要求也越來越高，而帶材的邊部質量(即無裂紋、撕列、夾層、毛刺、亮點)是板帶材品質的一個重要指標。例如剪切PS板時對邊部毛刺有著非常嚴格的要求，過大的毛刺會拉毛PS板表面，降低印刷質量。

在鋁合金板帶產(chǎn)品生產(chǎn)的精整生產(chǎn)線(如橫剪、縱剪、重卷、拉彎矯等)機組中， 切邊圓盤剪是重要設備之一。切邊園盤剪結構設計非常重要。切邊圓盤剪的設計和帶材的厚度有很大關系，帶材越厚切邊質量較容易保證，帶材越薄對圓盤剪的設計及制造要求越高。生產(chǎn)實踐表明：厚度為0.4mm～1mm的帶材，其切邊質量較易保證；厚度超過1mm的帶材，切邊多為生產(chǎn)的中間工序，對切邊質量無較高要求；厚度為 0.1mm～0.4mm的板帶材成品切邊，對上下刀盤的裝配調整要求非常嚴格，因此除了設備必須具有較高的制造精度外，對刀軸的結構設計也提出了更高的要求。

下面以我院為華南某廠提供的1850mm鋁帶拉彎矯直機組中的高精度切邊圓盤剪為例，對這類型設備的設計作一些探討。

1 圓盤剪的結構組成及主要技術參數(shù)

該圓盤剪結構如圖1所示，由傳動裝置、機架開口度調整裝置、機座、左機架、右機架組成。

主要技術參數(shù)：

剪切厚度：0.1-2.5mm

來料寬度：840-1660mm

切邊寬度：10-50mm(單邊)

刀盤規(guī)格：Φ250×15mm

剪切速度：最大200m/min(當帶材厚度小于1.5mm),最大100m/min(當帶材厚度為1.5-2.0mm)

傳動電機功率：16.5kW 轉速900r/min

減速機速比：3.3

1—驅動電機 2—減速機 3—機架開口度調整裝置 4—左機架 5—機座 6—右機架

2 圓盤剪的結構特點

由于機組剪切帶材的厚度范圍很大(近25倍范圍)，且最小厚度基本已接近采用圓盤刀剪切帶材的極限要求，故對圓盤剪的設計提出更高的要求。

圓盤剪的核心是左右機架，刀軸及支承固定機構、傳動機構、調整機構均布置在內。左右機架成對稱布置,它包括左右兩對刀軸、兩對刀盤。刀盤側隙通過更換墊片調整，液壓螺母鎖緊；刀軸兩端軸承均各采用兩列成對安裝的角接觸球軸承。兩側刀盤的重疊量單獨調整，即通過兩側軸承座上的手輪帶動刀軸上的偏心套調整，其重疊量可由設置在相應軸承座上的千分表來顯示。刀軸驅動由電機傳動中間軸，中間軸上帶兩個齒輪，分別傳動操作側下刀軸和傳動側下刀軸上的齒輪,兩個上刀軸也分別安裝一個齒輪，通過下刀軸的齒輪來傳動，上下刀軸的齒輪并不直接傳動刀軸，而是通過固定在齒輪上的兩個傳動銷來傳動浮動盤，再由固定在浮動盤上的另外兩個傳動銷來傳動固接在刀軸上的傳動盤，其結構如圖2所示。

1— 下刀軸 2—上刀軸 3—液壓螺母 4—聚氨脂隔離環(huán) 5—上刀盤 6—墊片組7—上補償環(huán) 8—壓環(huán) 9— 偏心套 10—傳動齒輪 11—浮動盤 12—傳動盤

該圓盤剪設計具有以下特點：

(1)采用浮動盤結構傳動

該機組切邊圓盤剪的刀軸結構為懸臂結構，便于更換刀具和側隙調整。由于該機組要求剪切厚度范圍較大，因此重疊量調整比較大。如何解決刀盤重疊量調整及刀盤直徑減小后中心距變化和上下刀軸同步驅動的矛盾十分關鍵。在以往圓盤剪的設計中，一般采用兩種方法：一種是通過同步齒輪的齒頂隙余量來彌補，這將影響到同步齒輪的使用壽命，同時該方法僅實用于重疊量調整不大，且刀盤直徑不磨削，只能磨削刀盤端面的圓盤剪。而高精度圓盤剪刀盤端面加工精度非常高，一旦調整完成后，兩端面是不能單獨再加工的，否則將直接影響到整個刀軸軸向的裝配精度。故該方法不適合高精度圓盤剪。另一種方法是在上下刀軸軸端部同步齒輪外移，另分別增加一對無伸縮的萬向接軸，來適應刀盤的重疊量調整及刀盤直徑減小后中心距變化。但這種結構使左右機架變得很寬。而采用精巧浮動盤的結構，使刀軸結構非常緊湊(如圖2所示)。

(2)采用較高精度的軸承固定刀軸

上下刀軸的定位方式十分重要，它是刀軸調整的基準。為此，該圓盤剪刀軸兩端軸承均選用了兩對成對安裝的SKF角接觸球軸承來支承每個刀軸，軸承精度等級為P4(相當于國產(chǎn)D級)，刀軸剛性好，軸承的軸向游隙控制容易保證。

(3)采用剖分式墊片，使刀盤側隙調整更加方便

由于剪切帶材厚度范圍大，刀盤間隙需要根據(jù)帶材不同厚度作出相應調整。側隙的調整是采用更換墊片的方式來完成。為使更換墊片更為方便筆者將所有的墊片設計成剖分為兩半環(huán)的方式，用壓環(huán)包住，壓環(huán)固定在軸肩的圓柱面上，更換墊片時只需將壓環(huán)松開，向外取出露出墊片即可更換，不需拆卸刀盤，大大節(jié)約了調刀時間，使調刀變得非常方便。

3 高精度剪切采取的保證措施

采用圓盤刀對較薄帶材(0.4mm以下的薄帶)剪切，要保證良好的切邊質量，不但要有合理的刀軸設計，而且對設備加工制造和裝配也有很高的要求。

(1)合理選擇側隙值。合理的刀盤側隙是獲得良好切邊質量的首要前提。原則上對于不同厚度的帶材應有不同的刀盤側隙值，筆者根據(jù)多年從事圓盤剪設計的經(jīng)驗，并參照生產(chǎn)用戶在生產(chǎn)過程中的實際經(jīng)驗，結合本機組帶材的厚度范圍，設計了7種規(guī)格的刀盤側隙及與此相對應的7種厚度規(guī)格墊片(見表1)，所有墊片加工完畢后均冷切割成兩半，其硬度為HRC45-50，并相應做上標記。

表1 墊片組規(guī)格

(2)合理選擇支托環(huán)尺寸。上、下刀軸上的支托環(huán)的作用是保證剪切過程中帶材能平直平穩(wěn)地運行，且不會在帶材表面留下印，即出現(xiàn)所謂的“刀背印”。為此應根據(jù)不同的剪切厚度選擇不同的直經(jīng)和寬度。支托環(huán)內圈是鋼環(huán)，外圈包一定硬度的聚氨脂。筆者在本機組中設計了如下規(guī)格的聚氨脂隔離環(huán)，并給出了相配關系(見表2)

表2 聚氨脂隔離環(huán)規(guī)格

(3)嚴格裝配刀軸軸承。園盤剪刀軸和軸承座裝配后，在沒安裝刀盤前須對刀軸提出嚴格的裝配要求：即基準軸肩的端面跳動控制在0.003mm以下；刀軸直徑的徑向跳動在0.025mm以下；上下刀軸的平行度不大于0.025mm，相互交叉不超過0.025mm。

刀軸之所以采用高精度的兩組成對角接觸球軸承，一方面可滿足高速剪切和不大的軸向力要求，更主要的是較容易保證精密的軸向游隙。刀軸和軸承座裝配后必須檢查并控制軸承的軸向游隙，檢測方法如下：給刀軸施加軸向力(可用彈簧測力儀)，當該力從0-500公斤時，每個刀軸軸承的軸向游隙控制在0.0025-0.005mm以內。

當上述要求合格后，要檢查上下刀軸基準軸肩的錯位情況。軸肩錯位理論上應為0，但實際加工時很難做到，故在上下刀軸基準軸肩外側分別設計了一個補償環(huán)。其檢測方法如下：裝上刀盤及最薄墊片9.76(10-0.24)mm，鎖緊液壓螺母，給上下刀軸一定的重疊量，然后測量兩刀盤外側尺寸為30.24mm，則說明側隙合格；如側隙不合格，須修磨上下刀軸的補償環(huán)，以獲得目標值。最后用最厚的墊片9.988(10-0.012)mm去復核刀軸的裝配情況即可。

4 結束語

① 該圓盤剪自投產(chǎn)以來，運行情況良好，帶材切邊質量完全合乎要求。對于剪切不同厚度的帶材，必須將刀盤間隙及重疊量調整到一個合適的范圍，從而使剪邊缺陷被控制到一個可以接受的范圍。

② 對于同一園盤剪切機，不要要求它的剪切厚度范圍太大。對于箔材是采用主動下園刀帶動碟形上園刀來切邊，切邊質量更容易達到。在規(guī)劃成品剪切線時，要將板材和箔材劃分開來，盡量避免重合，否則會給機組設備的設計、制造、生產(chǎn)維護帶來許多麻煩。