提高铡刀剪剪刃使用寿命的分析

李泽群 黄筠

(中冶南方工程技术有限公司 湖北武汉430223)

1 前言

某钢厂为了其酸轧线的后续清洗拟新建1条电解脱脂机组，机组产品为SPCC、SPCD、SPCE、Q195、Q235等低碳钢、中碳钢及低合金钢，年清洗冷轧带钢卷26.8万t，带钢厚度0.2～1.6mm，带钢宽度 700～1300mm，带钢的强度极限 σb≤690MPa。

在机组的入口段和出口段，各设有一台铡刀剪，其结构型式如图1所示，入口段铡刀剪用来剪切带钢头尾超差部分以便于焊机焊接拼卷，出口段铡刀剪用于分卷。在机组日常运行中，若铡刀剪剪刃寿命较低、频繁更换剪刃，则工人操作麻烦、劳动强度大，影响机组生产节奏，进而减少产品产量，也增加了剪刃的备件消耗量。因而，提高剪刃使用寿命是十分重要的。

以本机组铡刀剪为例，影响其剪刃使用寿命的主要因素有:剪刃自身的选材、剪刃间的侧隙大小以及剪刃自身结构。本文将从这三个方面来探讨如何提高剪刃的使用寿命。

2 剪刃材料选型

铡刀剪剪刃在使用过程中，承受较大的剪切载荷，强烈的振动、冲击、挤压及磨擦载荷，剪刃应具有较高的冲击韧性和断裂韧性、刚性及抗压强度等综合力学性能。

多年来国内使用的刀片材料一直采用6CrW2Si和Cr12MoV，但前者塑性较低，后者韧性也不够理想［1］。6CrMnNiMoVWSi(简称DS钢)，是一种新型高韧性耐冲击冷作模具钢。DS钢的碳含量为0.59%，以Mo代替部分W，使W当量减少约1.0%，从而减少了碳化物总量，并降低碳化物不均匀性，因此减轻了碳化物对韧性的有害影响，提高了韧性;为韧化基体，进一步提高韧性加入了少量的Ni;此外，为保证耐磨性加入了少量的V;为提高淬透性加入了少量的Mn。Cr、Si则和6CrW2Si的含量相同。DS钢的成分特点是采用中碳，加Ni，以Mo代替部分W，多元少量合金化方案，优化合金配比，合金度约为4%，其化学成分如表1所示［2］。

图1 铡刀剪的结构型式1-夹送辊装配;2-机架;3-剪刃侧隙调整螺栓;4-上剪刃装配;5-下剪刃装配; 6-夹送辊传动电机;7-剪切机构

表1 DS冷作模具钢化学成分/%

DS钢和6CrW2Si及Cr12MoV的强韧性对比试验［3］(表 2)表明，DS钢的韧性显著优于6CrW2Si，远远高于Cr12MoV，且有足够的强度和硬度。进行的冲击耐磨试验［3］也表明:DS钢冲击磨损性能比Cr12MoV稍低，但还是比较满意的，这和 DS钢高韧性有关;DS钢剪刃耐磨性是6CrW2Si的1.5倍。而模具寿命对比［3］结果也表明，DS钢可广泛用于耐冲击的剪切工具，使用寿命可比Cr12MoV及6CrW2Si提高数倍至数十倍。因此，DS钢是制作要求高韧度耐冲击的铡刀剪剪刃的理想材料，它具有较好的强度和韧性的配合以及良好的抗冲击性，优良的工艺性能和持久的使用寿命，且价格低，性价比很高。故本机组选用了DS钢作为剪刃材料。

表2 DS钢、6CrW2Si、Cr12MoV的强韧性对比

3 剪刃侧隙

剪刃侧隙是否合理，直接影响到剪切断面质量的好坏及剪刃使用寿命。剪刃侧隙过小，会产生切边不平或拉丝现象，同时剪刃磨损快;剪刃侧隙过大，切边会产生断裂或撕裂现象。选择合适的剪刃侧隙，可以减小磨损，提高剪刃使用寿命。

本机组铡刀剪剪刃侧隙是通过手动调整机架两侧的螺栓来调节的，因为手动调节误差比较大，带钢厚度范围(0.2～1.6mm)也比较窄，因而在制造厂出厂前调整到一个合适的剪刃侧隙，就能很好地剪切0.2～1.6mm厚度的带钢了。

剪刃侧隙是由被剪切带钢的性能和厚度决定的。一般来说，带钢厚度h≤5mm时，剪刃侧隙c =0.07h［4］。根据多条机组现场调试经验，对本机组所生产的带钢，剪刃侧隙可取为带钢厚度的7%～10% 。故本机组铡刀剪要求制造厂把剪刃侧隙调成0.03，误差±0.01。

4 剪刃结构优化

为了充分发挥剪刃母材的作用，延长剪刃的使用寿命，将剪刃四周棱边都做成刀刃，并且剪刃的结构设计成对称型式的，这样四个棱边可以交替互换为切削刃使用。本机组铡刀剪剪刃结构如图2所示。

图2 剪刃结构

切削刃用到一定程度没有大的损坏，通过重新磨砺后可以继续使用，在使用过程中发现有部分切削刃磨完后，用上一段时间还可以进行第二次磨砺后使用。直至切削刃经刃磨后仍无法使用，才将剪刃翻转使用其余三个刃口。当四个刃口全部损坏且无法修复时才需要更换新的剪刃，这样可以有效延长剪刃的使用寿命。

5 结语

新设计的铡刀剪已经得到成功运用，自机组2012年8月投产至今，从未更换过剪刃，剪切带钢的精度也达到了设计要求。这说明，为了降低备件费用，提高经济效益，从以下三个方面着手提高剪刃使用寿命是十分有效的:

1)剪刃材料选用性价比较高的新材料DS钢。

2)选择较合适的剪刃侧隙。

3)剪刃四周棱边做成刀刃，结构设计成对称形式的，并多次研磨使用。

［1］成大先主编.机械设计手册.第1卷—4版［M］.北京:化学工业出版社，2004:3－57－3－58.

［2］孙培祯等.DS冷作模具钢的性能研究［J］.模具工业，1991，Vol.123(5).

［3］陈钰秋等.高韧性冷作模具钢(DS钢)的研究及应用［J］.特殊钢，2000，Vol.21(4):28－31.

［4］周国盈.带钢精整设备［M］.北京:机械工业出版社，1982:74.