易 濤，方 威

（湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司，湖南 湘潭 411101）

滾切式雙邊剪是寬厚板精整生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，用于將軋制后的鋼板毛邊切除至成品寬度。滾切式雙邊剪通過(guò)兩臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)主減速機(jī)，減速機(jī)有三根偏心的輸出軸，其中兩根偏心軸帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)使上剪刃的圓弧刃口沿鋼板邊部的縱向作滾動(dòng)式剪切，另外一根偏心軸帶動(dòng)滑塊式機(jī)構(gòu)通過(guò)上碎斷剪將廢料切斷[1]。雙邊剪模型見(jiàn)圖1。

圖1 雙邊剪模型圖

雙邊剪上剪刃裝配直接用于鋼板的剪切，其性能好壞直接影響到雙邊剪是否能正常運(yùn)行，由刀盒、上剪刃、沉頭螺栓、螺母、墊片及導(dǎo)向塊等組成，其模型見(jiàn)圖2。剪刃裝配中的上刀盒用于安裝上剪刃，上刀盒則通過(guò)6個(gè)鎖緊缸固定在上刀臺(tái)上。雙邊剪上刀盒在使用過(guò)程中靠出口側(cè)螺栓孔處發(fā)現(xiàn)有裂紋，見(jiàn)圖3，嚴(yán)重者已經(jīng)裂開(kāi)，影響了剪刃裝配的數(shù)據(jù)及剪刃的使用。本文將對(duì)上刀盒進(jìn)行分析并提出改造意見(jiàn)。

圖2 上剪刃裝配模型圖

圖3 上刀盒模型圖

1 上刀盒結(jié)構(gòu)分析

斷裂部位由沉頭螺栓、錐套、隔墊及螺母組成。其中錐套用于剪刃的定位，而隔墊及螺母在合理緊固后可以將剪刃位置固定住。查看圖紙可以發(fā)現(xiàn)刀盒在斷裂處的厚度較小，只有10mm，見(jiàn)圖4和圖5。實(shí)際剪刃裝配時(shí)由于剪刃磨削后需要在剪刃上表面及側(cè)面增加墊片以彌補(bǔ)尺寸的缺失。由于裝配精度的關(guān)系，刀盒定位孔在實(shí)際使用過(guò)程中相關(guān)其它部位非定位孔受力較為復(fù)雜，原設(shè)計(jì)中為了保證剪刃有效使用厚度達(dá)到50mm，犧牲了刀盒定位孔的板厚，這就是此處頻繁開(kāi)裂的原因。而事實(shí)上國(guó)內(nèi)剪刃制造廠家并未達(dá)到該制造水平，因此認(rèn)為可以對(duì)該設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化改造。

圖4 斷裂部位模型局部放大圖

圖5 斷裂部位剖視圖

本文認(rèn)為開(kāi)裂的原因是斷裂部位厚度過(guò)于單薄，初步改造方案為增加此處厚度到20mm。由于增大厚度對(duì)其它的零件會(huì)產(chǎn)生影響，相應(yīng)的其它零件的局部數(shù)據(jù)也將發(fā)生改變。

2 改造方案

將上刀盒斷裂部位由10mm改為20mm。此外由于尺寸增厚，為了保證螺母不會(huì)突出刀盒面，隔墊厚度尺寸需要更改，由24mm改為16mm，錐套的高度尺寸由圖紙上的73mm改為69mm，見(jiàn)圖6和圖7，改造后的裝配剖視圖見(jiàn)圖8。

圖6 隔墊變更后模型

圖7 錐套變更后模型

圖8 剪刃裝配剖視圖

改造方案中剪刃按原始厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于剪刃在剪切過(guò)程中會(huì)有磨損鈍化和疲勞損傷，在使用一定時(shí)間后應(yīng)下線磨削處理。而剪刃的制造可靠硬度厚度有限，當(dāng)磨削多次后表面硬度已不能滿足使用要求。目前所使用的剪刃一般在厚度磨削到80mm時(shí)表面硬度已大幅下降，不再適合高負(fù)荷的生產(chǎn)要求。按剪刃80mm厚度計(jì)算時(shí)剪刃裝配時(shí)應(yīng)增加20mm剪刃墊片以彌補(bǔ)剪刃厚度不足，此時(shí)錐套為了保證能繼續(xù)起到良好的定位作用也應(yīng)增加20mm墊片。同時(shí)剪刃裝配的沉頭螺栓也應(yīng)更換更長(zhǎng)的以彌補(bǔ)長(zhǎng)度不足，參考圖9。

圖9 剪刃厚度為80mm時(shí)的裝配剖視圖

3 強(qiáng)度分析

由于隔墊尺寸變化幅度較大，為了保證其能正常使用應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算，本文采用有限分元，為了保證計(jì)算結(jié)果更接近于真實(shí)情況，將隔墊與錐套一同裝配起來(lái)進(jìn)行分析。隔墊和錐套的材料選用42CrMo，抗拉強(qiáng)度σb=1080MPa，σs=930MPa。在solidworks自帶有限元分析軟件simulation中錐套的錐面及隔墊與刀盒的接觸面處應(yīng)用固定幾何體命令作為邊界條件。兩個(gè)零件之間采用無(wú)穿透接觸約束。剪刃裝配沉頭螺栓大小為M36*2，等級(jí)為10.9級(jí)，其預(yù)緊力為531.7kN，以此作為負(fù)載施加在隔墊與螺母接觸面上。采用六面體單元對(duì)模型劃分網(wǎng)格，單元平均尺度為1mm，共劃分1117133個(gè)節(jié)點(diǎn)和786628個(gè)單元，見(jiàn)圖10。

圖10 邊界約束、載荷施加及網(wǎng)格劃分圖

對(duì)模型進(jìn)行有限元應(yīng)力分析后得到圖11的主應(yīng)力云圖，應(yīng)力最大處為隔墊與錐套的接觸面處（a）顯示為第一主應(yīng)力，大小為242.8MPa，（b）顯示為第三主應(yīng)力，大小為49.2MPa，是處于三向拉應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)以第一主應(yīng)力進(jìn)行校核，其數(shù)值小于材料屈服強(qiáng)度，且有較高的安全系數(shù)。而錐套主要受壓應(yīng)力，其大小也在材料允許范圍內(nèi)。

圖11 改造后的隔墊應(yīng)力云圖

采用同樣的方法對(duì)改造前模型進(jìn)行分析得到圖12的主應(yīng)力云圖，并與改造后的受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)更改后主應(yīng)力比更改前略有降低。

圖12 改造前的隔墊應(yīng)力云圖

表1 改造前后應(yīng)力對(duì)比情況

4 結(jié)語(yǔ)

寬厚板滾切式雙邊剪刀盒對(duì)于剪刃是否能正常使用起到較大作用。本文針對(duì)使用過(guò)程中的刀盒螺栓孔開(kāi)裂的情況進(jìn)行了分析、改造及強(qiáng)度分析，改造后的刀盒使用正常，已解決定位孔開(kāi)裂問(wèn)題，現(xiàn)總結(jié)如下：

（1）原有刀盒開(kāi)裂定位孔部位受力較復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)過(guò)低的板厚，可根據(jù)實(shí)際剪刃有效厚度削耗情況進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

（2）對(duì)刀盒定位孔板厚變更后應(yīng)同時(shí)考慮相配套的零件的強(qiáng)度及可裝配性。