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(jī)組產(chǎn)品厚度為1.4-8.0mm，機(jī)組布置有圓盤(pán)剪、碎邊剪，用于切除邊部厚度超差的熱軋帶鋼，同時(shí)對(duì)帶鋼定寬，切下的邊絲采用碎邊剪進(jìn)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(fù)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(duì)間隙重新調(diào)整標(biāo)定和檢測(cè)需要2個(gè)小時(shí)，影響機(jī)組產(chǎn)量，修復(fù)費(fèi)用也較高。因此針對(duì)碎邊剪運(yùn)行方式優(yōu)化，延長(zhǎng)碎邊剪使用壽命、降低修復(fù)費(fèi)用等有重要的實(shí)用價(jià)值。

2 碎邊剪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 碎邊剪結(jié)構(gòu)組成

碎邊剪的功能是將圓盤(pán)剪剪切下來(lái)的連續(xù)的帶鋼邊絲剪切成固定長(zhǎng)度的碎邊條。碎邊剪主要由電機(jī)、減速箱、齒輪分配箱(機(jī)座)、刀頭、間隙調(diào)整及開(kāi)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(gè)機(jī)體，對(duì)稱(chēng)布置在生產(chǎn)線的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)，每側(cè)有上下兩個(gè)刀頭，每個(gè)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(diǎn)

本機(jī)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(gè)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(qiáng)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(diǎn)，更換采用更換刀頭方式，每次更換過(guò)程是先將四個(gè)刀頭拆下來(lái)，再安裝修復(fù)好的刀頭。

3 問(wèn)題

碎邊剪在使用過(guò)程中存在兩個(gè)方面的問(wèn)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(gè)小時(shí)對(duì)間隙重新調(diào)整標(biāo)定和檢測(cè)。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(jī)組停機(jī)。

由于碎邊剪使用周期短且不穩(wěn)定、更換時(shí)間較長(zhǎng)，堵邊問(wèn)題不僅導(dǎo)致碎邊剪的修復(fù)費(fèi)用高，而且嚴(yán)重影響機(jī)組的正常生產(chǎn)組織以及機(jī)組產(chǎn)能釋放。

4 改進(jìn)對(duì)策

4.1 碎邊剪刀片材質(zhì)和硬度試驗(yàn)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(lái)料的鋼種，剪切強(qiáng)鋼高的鋼種需要低硬度的刀片，高硬度刀片剪切高強(qiáng)鋼容易造成剪刃產(chǎn)生大量崩口，但剪切較低強(qiáng)度的IF軟鋼時(shí)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(shí)出現(xiàn)“粘刀”情況。碎邊剪在使用過(guò)程中最主要的失效形式就是剪刃變鈍和崩口。

由于機(jī)組切邊料厚度拓展到8.0mm，屈服強(qiáng)度最高達(dá)到980MPa。刀片上線后在剪切高強(qiáng)鋼后出現(xiàn)崩口，造成刀片上機(jī)使用時(shí)間較短。降低刀片硬度可以解決崩口問(wèn)題，但機(jī)組生產(chǎn)薄料IF軟鋼剪刃容易變鈍，剪切薄料IF軟鋼時(shí)會(huì)產(chǎn)生粘刀剪不斷問(wèn)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(qiáng)鋼鋼時(shí)不崩口和剪切IF軟鋼不粘刀。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)為A、B、C和D。對(duì)使用效果進(jìn)行跟蹤，并對(duì)刀片進(jìn)行化學(xué)成分、金相組織和硬度等進(jìn)行檢測(cè)試驗(yàn)。金相組織分析結(jié)果如圖2所示，表1和表2分別為化學(xué)成分及硬度檢測(cè)結(jié)果。

圖2 金相組織分析

表1 化學(xué)成分(實(shí)驗(yàn)室)測(cè)試結(jié)果(%)

表2 硬度檢測(cè)結(jié)果

跟蹤編號(hào)為A和B刀片出現(xiàn)崩口概率較高，C刀片基本無(wú)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(duì)來(lái)說(shuō)較好。

根據(jù)以上現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和分析，編號(hào)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(chǎng)工況條件，既能保證剪切高強(qiáng)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(shí)，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(duì)側(cè)隙設(shè)定參數(shù)進(jìn)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(guò)小，剪切時(shí)容易使刀片刃口變鈍。對(duì)側(cè)隙參數(shù)進(jìn)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(guò)試驗(yàn)，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(zhǎng)了刀片的使用壽命。

4.3 堵邊原因分析改進(jìn)與優(yōu)化

酸洗機(jī)組產(chǎn)品的厚度、寬度以及強(qiáng)度范圍變化較大，經(jīng)常發(fā)生圓盤(pán)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(dǎo)槽內(nèi)進(jìn)料不暢，邊絲在刀頭處受阻滯，原因有4個(gè)方面：①厚料圓盤(pán)剪進(jìn)刀需要切月牙時(shí)，為防止月牙剪進(jìn)刀時(shí)撞擊帶鋼，月牙剪后三輥糾偏輥?zhàn)詣?dòng)上抬導(dǎo)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(jìn)料發(fā)生卡阻，造成進(jìn)料不暢；③圓盤(pán)剪導(dǎo)向環(huán)磨損較快，起不到導(dǎo)向作用，邊絲在進(jìn)入導(dǎo)槽時(shí)容易發(fā)生卡阻；④先導(dǎo)率設(shè)置不合理，高速生產(chǎn)時(shí)發(fā)生堵邊，先導(dǎo)率設(shè)置偏低導(dǎo)致邊絲進(jìn)料時(shí)料頭抵住刀頭。

4.3.2 改進(jìn)措施

①增加碎邊剪防堵邊控制程序

當(dāng)三輥糾偏輥?zhàn)詣?dòng)抬上輥時(shí)，機(jī)組停機(jī)，維持碎邊剪轉(zhuǎn)動(dòng)30秒，帶鋼發(fā)生前移時(shí)，邊絲被一直處于旋轉(zhuǎn)的刀頭進(jìn)行剪切，避免了開(kāi)機(jī)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(guò)小導(dǎo)致生產(chǎn)厚料頻繁發(fā)生堵邊區(qū)域，在剪切時(shí)上下刀頭間隙過(guò)小，刀頭對(duì)邊絲剪切時(shí)伴隨擠壓動(dòng)作。

根據(jù)圖紙尺寸將刀頭相應(yīng)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(jìn)圓盤(pán)剪導(dǎo)向環(huán)材質(zhì)

原設(shè)計(jì)導(dǎo)向環(huán)為橡膠材質(zhì)，磨損較快，采用銅合金導(dǎo)向環(huán)，延長(zhǎng)導(dǎo)向環(huán)壽命。

④先導(dǎo)率優(yōu)化

碎邊剪先導(dǎo)率(先導(dǎo)率指剪刀的線速度和邊絲線速度差的相對(duì)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(dǎo)率設(shè)定值越低越有利于刀片使用壽命的延長(zhǎng)，設(shè)備制造方要求碎邊剪先導(dǎo)率設(shè)定值盡量在1%—2%，但過(guò)低的先導(dǎo)率使邊絲發(fā)生折彎，進(jìn)料不暢，容易發(fā)生堵邊問(wèn)題，尤其是在生產(chǎn)薄料時(shí)，有發(fā)生高速堵邊的風(fēng)險(xiǎn)。邊絲厚度不同所要求的最低先導(dǎo)率設(shè)值也不同。

因此，根據(jù)不同厚度的帶鋼設(shè)定先導(dǎo)率，保證不因先導(dǎo)率過(guò)低導(dǎo)致碎邊剪堵邊，最大限度的延長(zhǎng)刀片使用壽命。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期跟蹤實(shí)踐，將先導(dǎo)率設(shè)定在5%-8%之間較為合理。

4.4 刀片更換方式改進(jìn)

由于該碎邊剪本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，更換時(shí)采用更換刀頭方式，而修復(fù)時(shí)用工裝調(diào)整刀片間的側(cè)隙和重疊量，現(xiàn)場(chǎng)更換刀頭后6組刀片間隙超出0.05mm內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)范圍，間隙超差嚴(yán)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(jìn)：

4.4.1 現(xiàn)場(chǎng)更換刀片

該碎邊剪刀片4個(gè)刃口曲線完全相同，4個(gè)刃口均可使用，據(jù)此特點(diǎn)，采用現(xiàn)場(chǎng)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?，通過(guò)嚴(yán)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(dá)到目標(biāo)范圍內(nèi)。相比更換刀頭方式可節(jié)約1小時(shí)時(shí)間。

4.4.2 現(xiàn)場(chǎng)重疊量檢測(cè)調(diào)整

該碎邊剪刀片4個(gè)刃口曲線完全相同，根據(jù)刀片曲線是關(guān)于Y軸對(duì)稱(chēng)，上下刀片的刃口曲線關(guān)于X軸對(duì)稱(chēng)的特點(diǎn)見(jiàn)圖3所示，檢測(cè)上下刀片的重疊量可轉(zhuǎn)化為測(cè)量重疊區(qū)域曲線的弦長(zhǎng)，通過(guò)弦長(zhǎng)X值計(jì)算刀片的重疊量Y值見(jiàn)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(dǎo)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(jì)要求刀片的重疊量G在0.2-0.25mm范圍內(nèi)，即在設(shè)計(jì)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(yuǎn)小于360Y，故Y2可忽略不計(jì)，，公式(2)可簡(jiǎn)化為：

(3)

根據(jù)公式(3)可得：重疊為0.2時(shí)，即Y1為0.1、X1=17.543，對(duì)應(yīng)的重疊區(qū)域內(nèi)玄長(zhǎng)L1=2X1=30.86；

重疊為0.25時(shí)，即Y2為0.125，X2=19.613，對(duì)應(yīng)的重疊區(qū)域內(nèi)玄長(zhǎng)L2=2X2=39.23；

根據(jù)以上計(jì)算可知：重疊區(qū)域內(nèi)玄長(zhǎng)L在30.86-39.23mm范圍內(nèi)時(shí)，刀片重疊量在0.2-0.25之間，重疊量符合要求。即可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量重疊區(qū)域刀片長(zhǎng)度快速判斷重疊量是否符合要求，反之當(dāng)測(cè)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(chǎng)測(cè)量重疊區(qū)域內(nèi)弦長(zhǎng)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(jì)算出刀片實(shí)際重疊量值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果相應(yīng)加減墊片調(diào)整重疊量即可。

通過(guò)此方法可以實(shí)現(xiàn)刀片重疊量快速在線檢測(cè)，計(jì)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(zhǎng)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(dǎo)率能有效延長(zhǎng)刀片的剪切公里數(shù)。

(3)對(duì)碎邊剪的堵邊通過(guò)防堵邊控制程序、增加上下刀頭之間邊部間隙、改進(jìn)圓盤(pán)剪導(dǎo)向環(huán)材質(zhì)有效的控制住碎邊剪的堵邊。

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