張金超，曹 陽

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

圓盤剪切廣泛用于縱向剪切厚度小于20mm的板材和薄帶材。由于刀片是旋轉(zhuǎn)的圓盤，因而可連續(xù)縱向剪切運(yùn)動(dòng)著的板帶，將其邊部切齊或切成窄條。對(duì)于鋁加工精整設(shè)備上的圓盤剪普遍采用以下結(jié)構(gòu)，偏心套調(diào)整刀盤重疊量，滾珠絲杠帶動(dòng)下刀軸軸向位移來調(diào)整刀盤側(cè)隙，上下刀軸采用浮動(dòng)盤傳動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)緊湊。本臺(tái)圓盤剪剪切帶材厚度最薄達(dá)0.15mm，剪切速度可達(dá)500m/min。這對(duì)圓盤剪的整機(jī)精度和穩(wěn)定性提出了很高要求，其中，刀盤綜合端面跳動(dòng)需控制在0.005mm以內(nèi)。

某鋁加工廠圓盤剪使用時(shí)出現(xiàn)了剪切薄料時(shí)打刀現(xiàn)象，以及上刀軸不明原因發(fā)熱異?！，F(xiàn)場(chǎng)維修人員反復(fù)拆裝多次，問題始終沒有解決，經(jīng)返廠修復(fù)后解決。本文針對(duì)以上兩個(gè)問題的排查解決來著重分析線膨脹對(duì)圓盤剪精度的影響。

1 圓盤剪打刀現(xiàn)象原因分析

首先對(duì)圓盤剪整機(jī)精度進(jìn)行了全面檢測(cè)，對(duì)刀軸施加軸向力時(shí)，上刀軸軸竄0.002mm，合格；下刀軸軸竄0.05mm，不合格。應(yīng)先處理軸竄問題，經(jīng)分析是滾珠絲杠螺紋間隙未完全消除造成，將下刀軸側(cè)隙調(diào)整裝置拆除，通過調(diào)整消除滾珠絲杠間隙，回裝，檢測(cè)下刀軸軸竄0.005mm，合格。然后聯(lián)裝試車運(yùn)轉(zhuǎn)，額定轉(zhuǎn)速1500r/min,空負(fù)載試轉(zhuǎn)3h，停機(jī)，檢測(cè)刀軸伸出箱體軸端部位溫度，上刀軸45℃，下刀軸29℃，系統(tǒng)溫度(機(jī)箱)28℃。上刀軸發(fā)熱異常。初步分析是由于上刀軸溫度高于系統(tǒng)溫度從而線膨脹造成使用打刀現(xiàn)象。

圖1所示為千分表檢測(cè)示意圖。試車剛停機(jī)時(shí)，在上下刀軸伸出軸端處各壓1塊千分表，表座固定在機(jī)箱上，表頭壓在軸端面上，記錄初始讀數(shù)。待設(shè)備完全冷卻后，觀察千分表讀數(shù)變化。經(jīng)檢測(cè)，上刀軸x方向回縮量0.05mm，下刀軸x方向回縮量0.005mm。上下刀盤裝配示意圖如圖2所示。剪切薄料時(shí)，間隙量不大于0.02mm，可以判斷上刀軸異常發(fā)熱造成線膨脹0.05mm抵消掉刀盤側(cè)隙量，從而引起打刀現(xiàn)象。

圖1 千分表檢測(cè)示意圖Fig.1 Micrometer detection diagram

2 發(fā)熱部位查找

引起上刀軸異常發(fā)熱可能會(huì)有以下幾個(gè)原因：(1)軸承自身原因轉(zhuǎn)動(dòng)異常造成發(fā)熱；(2)稀油潤(rùn)滑未起到冷卻作用造成上刀軸發(fā)熱；(3)上刀軸與機(jī)箱密封處唇形密封過緊造成發(fā)熱。

2.1 軸承自身原因發(fā)熱排查

該圓盤剪上刀軸中使用的軸承均為高精度軸承，手動(dòng)可靈活盤動(dòng)刀盤，無卡阻，拆除上刀軸后轉(zhuǎn)動(dòng)軸承靈活，無異常。因此可排除因軸承自身原因發(fā)熱異常。

圖2 刀盤裝配示意圖Fig.2 Knife head assembly diagram

2.2 稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)排查

圓盤剪稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)不僅對(duì)機(jī)箱內(nèi)各轉(zhuǎn)動(dòng)部位(軸承、齒輪等)進(jìn)行潤(rùn)滑，還可以對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的正常發(fā)熱進(jìn)行冷卻。如果潤(rùn)滑系統(tǒng)異常，不能及時(shí)冷卻可能會(huì)造成發(fā)熱。拆除上刀軸，開啟稀油潤(rùn)滑泵，給油指示器顯示正常，箱體內(nèi)齒輪潤(rùn)滑正常。因潤(rùn)滑液是通過偏心套上的油孔給到軸承的，所以需檢查偏心套內(nèi)各油孔油路是否給油正常(圖3)。偏心套潤(rùn)滑口1、2、3的潤(rùn)滑部位分別對(duì)應(yīng)各個(gè)軸承，經(jīng)逐一檢查出油正常，回油口4回油也正常。因此可以排除稀油潤(rùn)滑系統(tǒng)的問題。

1-潤(rùn)滑口①；2-潤(rùn)滑口②；3-潤(rùn)滑口③；4-回油口圖3 偏心套Fig.3 Eccentric bushing

2.3 上刀軸與機(jī)箱密封處排查

上刀軸與機(jī)箱密封處為唇形密封圈，密封位置軸徑設(shè)計(jì)為Φ120h11(0，-0.22)，實(shí)測(cè)為Φ120(-0.09)。首先，拆除此密封，按額定條件重新試轉(zhuǎn)，再次檢測(cè)溫度情況，上刀軸29℃，下刀軸27℃，系統(tǒng)溫度(機(jī)箱)25.5℃。溫度恢復(fù)至正常發(fā)熱范圍內(nèi)。由此可以判斷，異常發(fā)熱現(xiàn)象是由此密封位置導(dǎo)致的。

2.4 計(jì)算驗(yàn)證

對(duì)于長(zhǎng)度為h0的圓柱軸類零件,當(dāng)溫度相對(duì)環(huán)境溫度變化ΔT后,長(zhǎng)度變?yōu)閔1，晶體材料線性膨脹系數(shù)為α。軸向變形Δh可以采用計(jì)算材料熱膨脹系數(shù)的公式，h1=h0(1+α×ΔT)；Δh=h1-h0=h0×α×ΔT。刀軸材質(zhì)為40Cr，在20℃～100℃內(nèi)線膨脹系數(shù)α=11.2/10-6℃-1；機(jī)箱系統(tǒng)溫度26℃。(1)上刀軸。ΔT上=45℃-26℃=19℃；發(fā)熱有效長(zhǎng)度h0=260mm；Δh上=260×11.2/10-6×19℃=0.055mm。(2)下刀軸。ΔT下=29℃-26℃=3℃；發(fā)熱有效長(zhǎng)度h0=180mm；Δh下=180×11.2/10-6×3℃=0.006mm。通過計(jì)算可以看出Δh與之前打表檢測(cè)的刀軸回縮量基本一致。上刀軸的發(fā)熱異常造成線膨脹，并引起打刀現(xiàn)象。

2.5 解決方案

可通過適當(dāng)增大密封和刀軸間的間隙來解決發(fā)熱現(xiàn)象。拆除上刀軸，重新配磨回裝至箱體，并將刀盤和隔離環(huán)裝配好，側(cè)隙調(diào)至0.02mm，按額定條件重新試轉(zhuǎn)。(1)檢測(cè)溫度情況，上刀軸32℃，下刀軸29.5℃，系統(tǒng)溫度(機(jī)箱)28℃。溫度恢復(fù)至正常發(fā)熱范圍內(nèi)。上刀軸，ΔT上=32℃-28℃=4℃；Δh上=260×11.2/10-6×4℃=0.011mm；下刀軸，ΔT下=29.5℃-28℃=1.5℃；Δh下=180×11.2/10-6×1.5℃=0.003mm。側(cè)隙變化量為Δh=Δh上-Δh下=0.007mm，側(cè)隙應(yīng)變?yōu)?.013mm。(2)實(shí)際檢測(cè)側(cè)隙約0.012mm，與Δh基本吻合，此間隙變化可滿足正常生產(chǎn)要求。

3 結(jié)束語

圓盤剪的精度和穩(wěn)定性對(duì)剪切性能參數(shù)起著至關(guān)重要的作用，因此由刀軸發(fā)熱線膨脹引起的整機(jī)精度變化在實(shí)際生產(chǎn)中不可忽視。本文通過某鋁廠圓盤剪發(fā)熱問題實(shí)例作出了詳細(xì)分析，并提出了切實(shí)可行的解決方案，現(xiàn)場(chǎng)反饋效果良好。同時(shí)也為高速圓盤剪的設(shè)計(jì)改進(jìn)積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。