滾切式定尺剪剪刃間隙調(diào)整的研究

趙天宇，于有冬

1.一重集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院有限公司工程師，遼寧 大連 116600

2.一重集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院有限公司高級(jí)工程師，遼寧 大連 116600

近年來(lái)，鋼鐵企業(yè)對(duì)板材剪切斷口質(zhì)量的要求在不斷提高，鋼板切口斷面毛刺≤0.5 mm，斷面垂直度90°±1°，這些工藝技術(shù)指標(biāo)的提出對(duì)剪切質(zhì)量和剪切精度提出了更高要求。使用情況表明，剪刃間隙是影響剪切質(zhì)量的重要因素之一，同時(shí),也影響到剪切力的大小及剪刃壽命。因此，研究剪刃間隙調(diào)整的原理、方法及結(jié)構(gòu)對(duì)提高產(chǎn)品的剪切質(zhì)量非常必要。

1 機(jī)構(gòu)原理

剪刃間隙調(diào)整裝置由電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)，驅(qū)動(dòng)蝸輪千斤頂上下運(yùn)動(dòng)，蝸輪千斤頂通過(guò)調(diào)整斜楔把垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為水平運(yùn)動(dòng)，從而使上剪刃產(chǎn)生移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)剪刃間隙的調(diào)節(jié)（見(jiàn)圖1）。調(diào)整電機(jī)為短時(shí)可逆工作制，當(dāng)其工作時(shí)，主電機(jī)不能工作,反之亦然。該裝置設(shè)置在機(jī)架上方，通過(guò)同步軸實(shí)現(xiàn)機(jī)械同步。

2 剪刃間隙的調(diào)整方法

2.1 平行度

圖1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在調(diào)整剪刃間隙時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)剪刃不平行的情況，固定側(cè)與移動(dòng)側(cè)的間隙相差較大，因?yàn)橥獋?cè)有4個(gè)斜楔滑板，只有當(dāng)4個(gè)斜楔滑板完全平行，才能保證剪刃間隙的平行。此外，當(dāng)上刀架滑板、導(dǎo)板出現(xiàn)磨損，或其加工尺寸不一致，都將導(dǎo)致剪刃間隙不平行。

當(dāng)出現(xiàn)剪刃不平行時(shí)，除了在大修中更換滑板、導(dǎo)板等磨損件之外，還可以在線進(jìn)行調(diào)整。由于4個(gè)斜楔滑板是連在一起同時(shí)升降的，可以將其中—個(gè)或兩個(gè)斜楔的渦輪減速機(jī)聯(lián)軸器拆開，單獨(dú)盤動(dòng)相關(guān)導(dǎo)板單獨(dú)升降，同時(shí)測(cè)量剪刃間隙的平行度，當(dāng)平行度達(dá)到要求后再將聯(lián)軸器連起來(lái)。

2.2 剪刃間隙調(diào)整范圍

理論上剪刃間隙調(diào)整范圍一般為0.4～7 mm。但在現(xiàn)場(chǎng)剪切板厚5～50 mm時(shí)，調(diào)整范圍只能達(dá)到0.4～5 mm。出現(xiàn)偏差的主要原因，一是前面板上的壓緊蝶簧過(guò)緊，二是調(diào)整電機(jī)功率偏小。所以，要將剪刃間隙調(diào)整到設(shè)計(jì)規(guī)定范圍，首先應(yīng)調(diào)整前面板上彈簧的調(diào)整螺栓，保證彈簧不要過(guò)緊，使得幾組壓板受力相同，工作面保持在同一平面內(nèi)。如果斜楔滑板仍然移動(dòng)困難，適當(dāng)增大調(diào)整電機(jī)的功率是最好的解決辦法。

在設(shè)備初次安裝中，要保證前面板上的活動(dòng)斜楔與固定斜楔之間裝配間隙為0.4～1 mm，裝配后應(yīng)保證上刀架后側(cè)的調(diào)整斜楔在同一平面上，滑動(dòng)面應(yīng)充分接觸，要保證滑動(dòng)面接觸點(diǎn)大于2/20×20 mm。

3 剪刃間隙取值

3.1 對(duì)剪切過(guò)程的影響

為了模擬剪刃間隙取值大小對(duì)剪切過(guò)程的影響，以某鋼鐵公司3800滾切式定尺剪為例，分別設(shè)定剪刃間隙為1 mm、2 mm和3 mm，將各剪切力—行程曲線放在同一張圖中進(jìn)行分析（見(jiàn)圖2、表 1）。

（1）對(duì)于不同的剪刃間隙，剪切力－剪刃行程曲線的變化趨勢(shì)基本相同；剪刃間隙在變化時(shí)，所需要的剪切力有小的變化。這說(shuō)明在一定的變化范圍內(nèi)，間隙對(duì)剪切力有很小的影響。間隙增大時(shí)，雖然增加了塑性變形區(qū)，但同時(shí)由于變形區(qū)拉應(yīng)力增加，更有利于裂紋的擴(kuò)展，在這兩方面因素綜合作用下剪切力峰值隨剪刃間隙的增大反而有所減??；

圖2 剪切力—行程曲線

表1 剪刃間隙取值對(duì)剪切過(guò)程的影響

（2）增大剪刃間隙后，需要更多的載荷步 (剪切行程)才能剪斷鋼板。這是因?yàn)殚g隙增大時(shí)，大大增加了塑性變形區(qū)域，所以需要上剪刃運(yùn)動(dòng)較長(zhǎng)的距離才能剪斷板材，表1中剪切時(shí)間也證明這一點(diǎn)；

（3）剪刃間隙對(duì)板材斷面收縮率有較大影響，隨著剪刃間隙增大，斷面收縮率不斷變大；（4）剪刃間隙對(duì)斷口曲率半徑幾乎沒(méi)有影響。仿真結(jié)果證明剪刃間隙變化對(duì)板材的斷口質(zhì)量影響最大。

3.2 對(duì)斷口質(zhì)量影響

由于剪刃間隙取值太小會(huì)造成剪切端面不整齊、下端毛刺、出現(xiàn)二次剪斷面，另外隨著剪切力的增加，刃口同板邊的摩擦加劇，磨損加快；而間隙太大，又會(huì)產(chǎn)生塌邊、毛刺、剪切端口凸臺(tái)等缺陷，所以正確的剪刃間隙取值對(duì)剪切質(zhì)量尤為重要（見(jiàn)圖 3）。

圖3 剪刃間隙大小與端面的關(guān)系

3.3 取值方法

剪刃間隙的取值與鋼板的厚度及鋼板的機(jī)械性能有關(guān)

式中，S—剪刃間隙（mm）；A—經(jīng)驗(yàn)數(shù)值；h—鋼板厚度 （mm）；C一間隙修正值（mm）。

目前國(guó)內(nèi)寬厚板剪切線常用的剪刃間隙經(jīng)驗(yàn)公式：

國(guó)外在剪刃間隙取值上雖有所區(qū)別，但也都與鋼板厚度密切相關(guān)（見(jiàn)圖4），對(duì)不同板厚應(yīng)參考經(jīng)驗(yàn)公式不斷進(jìn)行修正。需要注意的是剪刃間隙值與鋼板厚度不是絕對(duì)的線性關(guān)系，修正取值時(shí)還應(yīng)充分考慮其它因素對(duì)的剪刃間隙的影響，特別需要注意以下幾種狀況：

圖4 國(guó)外寬厚板剪切線使用的剪刃間隙取值表

(1)鋼板溫度相對(duì)較高時(shí)，鋼板強(qiáng)度降低，易發(fā)生剪切變形，容易出現(xiàn)塌邊、毛刺過(guò)高等缺陷，出現(xiàn)這種情況時(shí)應(yīng)適當(dāng)減小剪刃間隙；

(2)剪切硬度較高的鋼板時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減小剪刃間隙，否則會(huì)出現(xiàn)波浪狀剪切斷口；

(3)在剪切過(guò)程中，刃口會(huì)隨剪切次數(shù)的增加而磨損，剪刃圓角半徑變大，而剪刃圓角半徑對(duì)斷口曲率半徑及斷面收縮率有較大影響，圓角半徑越大斷口曲率半徑、斷面收縮率也越大，此時(shí)如不及時(shí)減小剪刃間隙，剪后鋼板斷口處就會(huì)出現(xiàn)窩邊、撕裂等缺陷，并且會(huì)大大縮短剪刃壽命；

(4)出現(xiàn)二次剪切面會(huì)降低鋼板的對(duì)接性能，鋼板對(duì)焊時(shí)容易形成空隙層。因此在出現(xiàn)二次剪切面時(shí)必須要增大剪刃間隙。

4 調(diào)整斜楔結(jié)構(gòu)改進(jìn)

4.1 存在的問(wèn)題

（1）目前，滾切式定尺剪剪刃間隙調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)中固定斜楔靠斜楔擋塊固定在主減速機(jī)上，其前面裝有上刀架、前架體，后面有主減速機(jī)，當(dāng)更換斜楔調(diào)整機(jī)構(gòu)的滑板時(shí)，必須先將前架體、上刀架依次全部拆卸，更換時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2～4天，并且拆卸后，設(shè)備的精度已發(fā)生變化，需要重新調(diào)試；

（2）為保證斜楔的水平運(yùn)動(dòng)，斜楔擋塊必須選用自潤(rùn)滑材料，在滾動(dòng)剪切過(guò)程中斜楔擋塊承受很大的作用力，非常容易損壞。

4.2 結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

改進(jìn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于取消斜楔的斜楔擋塊，改為用擋塊在上部定位斜楔，支承板在下部支撐，并配有安裝銷。

擋塊固定在主減速機(jī)上后,先將固定側(cè)斜楔放置在設(shè)計(jì)安裝位置并用安裝銷固定，安裝銷插在主減速機(jī)側(cè)壁筋板上。再將支撐板安裝在主減速機(jī)底部用于固定側(cè)斜楔的下部支撐。為保證斜楔機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，固定側(cè)斜楔上、下配有自潤(rùn)滑滑板，上部自潤(rùn)滑滑板與擋塊之間的間隙為0.1～0.2 mm，下部自潤(rùn)滑滑板與支承板之間的間隙為0.8 mm。

改進(jìn)后，更換滑板時(shí)只須將安裝銷和下部支承板拆掉，就可以直接將斜楔及滑板從底部抽出，更換方便快捷（見(jiàn)圖5、圖6）。

圖5 改進(jìn)后剪刃間隙調(diào)整斜楔的結(jié)構(gòu)

圖6 剪刃間隙調(diào)上部和下部結(jié)構(gòu)示意

5 結(jié)語(yǔ)

采用上述方法可以將剪刃間隙調(diào)整到合理范圍，提升斷口質(zhì)量及定尺的精度，減少使用故障；

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐證明新結(jié)構(gòu)安裝維護(hù)更加方便，杜絕斜楔擋塊故障的發(fā)生，提高了剪切效率。