对不锈钢圆盘剪剪切的相关探索

尹树枝

（山西太钢不锈冷轧厂，山西太原030003）

0 引言

当今社会对于不锈钢的尺寸精度以及表面质量要求越来越高，这就需要对不锈钢的加工过程进行更好的控制。而在不锈带钢的精整加工设施中，核心设备就是圆盘剪。圆盘剪不但决定着带钢剪切质量的高低，也对之后工序的深加工起着重要作用。圆盘剪设备的主要工艺参数有侧间隙和重叠量等，二者的数值设定会直接影响带钢切边质量。

1 圆盘剪设备简介及其剪切流程

1.1 圆盘剪设备介绍

圆盘剪常用来进行纵向剪切运动中的带钢，使得剪切后的带钢边部变得齐整、无毛刺等，加工成下游客户所需的规格尺寸。它主要优点是可以连续纵向滚动剪切，速度快、质量好；缺点是剪切厚度一般限于25 mm以内，且在带钢宽度变换频繁时，需经常调整其两边剪刃间距离（满足公称宽度尺寸）。圆盘剪依据机架结构本身可分为半轴剪和通轴剪（常用于薄料生产或分条），依据剪切过程是否有驱动动力可分为动力剪和从动剪。

1.2 圆盘剪剪切原理

圆盘剪实际运行中要根据带钢厚度来调整出合适的重叠量和剪刃侧间隙。整个剪切过程随着带钢进入圆盘剪而受到大小不同的力，从而对带钢实现剪切。当带钢被咬入至上、下剪刃间时，就会受到剪刃给它施加的挤压力，带钢与剪刃接触区会发生弹性变形，并伴有裂纹产生；继续咬入，带钢变形量继续增加，裂纹发生扩展；裂纹扩展到一定程度时会有重合现象，接着带钢产生剪裂现象，继续进行，带钢被剪离，剪切完成。

半轴剪一般在圆盘剪中央位置设计一压辊辅助压平带材以便剪切顺利进行，通轴剪靠上、下橡胶套辅助压平带材使剪切顺利进行。

1.3 圆盘剪剪切工艺流程

利用钢卷上料检测装置检测到钢卷数据（钢卷宽度、钢卷直径）或通过扫码枪扫描钢卷信息传输至3级系统—启动开卷CPC对中穿带—机械对中立辊/纠偏系统、圆盘剪剪切公称宽度调整到位、碎边剪宽度同步到位/废边卷具备卷取条件—圆盘剪侧间隙及重叠量依据带材厚度调整到位—圆盘剪、碎边剪/废边卷主电机同步运转—剪切程序开始—带钢到剪切区开始剪切—两侧废边同步经过碎边剪切/废边卷取—剪切结束。

圆盘剪结构参数主要有剪刃直径、剪刃厚度、剪切工艺速度、咬入角、剪刃重叠量及侧间隙等。圆盘剪刃直径一般根据带钢厚度、咬入角（一般取10°～15°）来确定，剪刃的重叠量及侧间隙一般由带钢厚度及带钢抗拉强度综合确定。

1.4 剪切变形过程分析

整个剪切变形包括带钢弹性变形、塑性变形及裂纹的产生扩展等。整个过程中，伴随着带钢与圆盘剪剪刃接触程度的变化，力的大小发生变化。在弹性挤压过程中，受到的力属于弹性力，带钢仅有轻微弯曲，属于在弹性范围内的变化；接着带钢继续卷入圆盘剪，受到的力达到一定的屈服极限，发生塑性变形；带钢继续被卷入圆盘剪，会有裂纹产生，此部位属于局部应力集中，当裂纹产生增多并发生重合时，带钢剪切过程完成。

2 圆盘剪设备主要工艺参数

2.1 剪刃侧间隙对剪切质量的影响

剪刃侧间隙主要是影响端面毛刺、结瘤、台阶等质量问题。

剪刃侧间隙对于不锈带钢剪切质量起着至关重要的作用，可以说相对于重叠量而言，侧间隙的影响更加重要。在实际作业中，要记录带钢剪切对应的合适间隙值，以满足生产需求。从带钢剪切过程分析，随侧间隙增加，切断层比例会有明显减小，塌肩与毛刺基本上无变化，当侧间隙有一定程度增加后，切断层减小将不再明显，而此时塌肩、毛刺则会有显著增加；侧间隙调整过小，剪切力将不断增加，带钢受到的应力也会更大，带钢易剪断但却导致剪刃磨损及消耗增加，设备超载，剪切声音异常；而侧间隙调整太大时，带钢不易被剪断，而是被扯断，会导致剪切端面不平整，毛刺、塌肩变得严重。故在实际的作业中，要做好记录，选用更加合适的间隙值进行剪切作业，减少侧间隙选取不当带来的危害。

侧间隙调整：一般的作业中，侧间隙取带钢厚度7.5%～10%即可。若材料较软，侧间隙取材料厚度的5%～10%（图1第二条折线适用于常态不锈钢及铝材加工，第三条折线适用于低合金铜铝合金加工）；若材质较硬（图1第一条折线适用于高合金钢），取材料厚度的10%～20%。若材料厚度较薄，且强度也相对较小，可考虑选取较小值；若材料厚度较厚，且强度较高，可取较高值。

2.2 重叠量对剪切质量的影响

重叠量和切边质量的关系：其主要通过改变带钢的咬入角而影响剪切力、剪切端面弯曲等。

重叠量依据带钢厚度及剪切情况而定，一般情况下，重叠量太大时易造成剪切力过大，废边下弯现象严重，废边极易在导料槽内出现卡钢、堆钢现象；重叠量过小，则又会造成带钢切不断、连边现象。

重叠量与咬入角、带钢厚度等有关，重叠量的调整可参考：

图1 0.3～4.0 mm侧间隙、重叠量与带钢厚度对应图

式中，h为带钢厚度；s为重叠量；D为圆盘剪刀片直径。

重叠量调整：重叠量的参数选取不可超过带钢厚度的一半，一般取其35%～50%；在实际作业中，选取范围尽量小一些可增加圆盘剪剪刃使用寿命。图1中第四条线为重叠量折线图。

当剪切带钢厚度大于5 mm时通常采用负重叠量，且随着厚度的增加，重叠量一直在减少（重叠量绝对值在增加）；

当剪切带钢厚度小于0.1mm时，采用重叠量为0.03～0.05mm；

当剪切带钢厚度约为1.14 mm时，采用重叠量接近最大0.60 mm。也就是说，当剪切带材厚度在0.1 mm＜h＜1.14 mm时，重叠量按一般斜率=-0.5逐渐从0 mm加大至约0.60 mm；当剪切带材厚度在1.14 mm＜h＜5 mm时重叠量按斜率=-（0.2～0.35）范围逐渐从约0.60 mm减少至0 mm。

图2为剪刃重叠量正、负对比图。

图2 剪刃重叠量正、负对比图

3 结论

综上所述，影响带钢剪切质量的因素很多，且这些因素互相影响、互相作用，为获得高质量的带钢剪切，应该逐步加强圆盘剪设备功能精度控制，重视剪刃材质和硬度与剪切材料抗拉强度的匹配优化。本文重点研究了侧间隙、重叠量与带钢厚度关系对剪切断面质量的影响（表1），得出了如下结论：

（1）剪刃侧间隙相对重叠量而言，对剪切效果影响更大；端面质量会随侧间隙增大而有所下降，毛刺高度亦先小后大。

（2）重叠量影响次之于侧间隙影响，但在实际作业中要选取合适的值以免对剪切质量造成负面影响，重叠量过大或过小都会降低剪切端面质量，甚至会出现“切不断”或“塌肩”等突出现象。

（3）在实际生产中，侧间隙及重叠量都是在空载情况下设定、校准的，而剪切动作是在负载下进行的，存在剪刃刀轴的弹性变形、机械轴承游隙变化等因素影响，还受到使用新、旧剪刃的情况影响。所以，在确定剪刃侧间隙、重叠量时，应根据设备状况、剪刃使用状况对两个值进行精准修正。

表1 冷轧厂纵切机组0.3～3.0 mm重叠量、侧间隙经验数据表