1850 mm鋁板帶熱連軋圓盤剪的設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇

劉勝利 胡 毅

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

浙江永杰鋁業(yè)的1850 mm(1+3)熱連軋生產(chǎn)線，是我公司第一條自主設(shè)計(jì)制造集成的鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線于2013年正式投產(chǎn)。圓盤剪作為熱連軋生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一。

鋁合金板帶在軋制過(guò)程中，由于牌號(hào)原因，有些牌號(hào)的鋁合金熱軋時(shí)塑性低；或者軋制時(shí)的溫度控制問(wèn)題，若控制不當(dāng)超出范圍，使其塑性降低；道次壓下量過(guò)大或軋制速度過(guò)快，均有可能造成軋制時(shí)的板帶材產(chǎn)生裂邊現(xiàn)象。為了保證后續(xù)鋁加工流程的順利進(jìn)行，在精軋機(jī)組之后，一般均配置了用于裂邊剪切的圓盤剪。

1 圓盤剪結(jié)構(gòu)

圓盤剪主要由底座裝配、圓盤剪本體、導(dǎo)向裝置、主傳動(dòng)系統(tǒng)等幾個(gè)主要部分組成，如圖1。圓盤剪本體包括機(jī)架和上下刀軸裝配，圓盤剪本體操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)各一個(gè)，對(duì)稱布置，工作時(shí)由電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)進(jìn)行剪切。

1—傳動(dòng)系統(tǒng) 2—底座 3—圓盤剪機(jī)架4—導(dǎo)向裝置 5—圓盤剪本體圖1 圓盤剪結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Disc shear structure

圓盤剪還包括開(kāi)口度對(duì)中調(diào)整裝置、剪刃側(cè)隙調(diào)整裝置和剪刃的重合度調(diào)整裝置以及其它輔助裝置。

2 圓盤剪主要技術(shù)參數(shù)

剪切帶材厚度：2.0～10 mm

剪切帶材寬度：950～1750 mm

圓盤剪刀盤直徑：?610 mm

最大開(kāi)口度：1900 mm

最小開(kāi)口度：750 mm

圓盤剪的基本參數(shù)主要包括剪切力、剪刃重合量、側(cè)向間隙、刀盤直徑、刀盤厚度等。

(1)刀盤直徑和厚度的選擇

刀盤直徑和厚度的選擇可以按照文獻(xiàn)資料推薦的厚度與直徑的對(duì)照表進(jìn)行選擇，也可以按照推薦的計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算和選擇。

刀盤直徑D、被剪切件的厚度h、刀盤重合量S和咬入角α之間有如下關(guān)系：

刀盤重合量S按圖2刀盤重合量、側(cè)向間隙與板帶厚度的關(guān)系曲線進(jìn)行選取。

通常取咬入角α=8°～12°，從公式(1)中可以看到，被剪切件的厚度h對(duì)刀盤直徑的影響較大，而咬入角α與板帶厚度和剪切速度均有關(guān)系，計(jì)算時(shí)忽略其影響，按平均數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，可以得到刀盤直徑的選擇范圍為190～543 mm。而文獻(xiàn)資料推薦的值為600～700 mm。設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)取值為610 mm。

(2)刀盤重合量的選擇

刀盤重合量與剪切時(shí)的鋁帶材厚度有關(guān)，可以參照文獻(xiàn)資料推薦的刀盤重合量、側(cè)向間隙與板帶厚度的關(guān)系曲線進(jìn)行選取，如圖2所示。

圖2 刀盤重合量、側(cè)向間隙與板帶厚度的關(guān)系曲線Figure 2 Relationship curves of disc overlap amount, side clearance and sheet thickness

刀盤重合量隨著材料厚度和材質(zhì)的不同而有不同的最佳工藝數(shù)值，這些需要在實(shí)際生產(chǎn)中不斷進(jìn)行總結(jié)和優(yōu)化，在生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)對(duì)積累的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，得到適用于滿足不同要求的數(shù)值。

3 主要參數(shù)計(jì)算

圓盤剪刀盤上的作用力簡(jiǎn)圖如圖3所示，圓盤剪的剪切力一般按諾沙里公式進(jìn)行計(jì)算，即

對(duì)于圓盤剪可建議取ε=1.25δ5，系數(shù)取Z1=1.4，則上式簡(jiǎn)化為：

式中，ε為相對(duì)切入率；α為剪切角；S為上下刀盤的重合量；δ5為被剪切金屬試樣斷裂時(shí)的相對(duì)伸長(zhǎng)率。

剪切角可按下述公式計(jì)算：

圓盤剪剪切力的計(jì)算，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際需求，選取了幾個(gè)不同系列的典型合金品種進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)表1，包括2xxx系合金(Al-Cu-(Mg)系合金)、5xxx系合金(以Mg為主要添加元素的合金，抗蝕性好)、7xxx系合金(Al-Zn-Mg系合金)作為代表進(jìn)行計(jì)算，以確定合理的剪切力數(shù)值。作為后續(xù)計(jì)算圓盤剪刀軸力矩和驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率的依據(jù)。

圖3 圓盤剪刀盤上的作用力簡(jiǎn)圖Figure 3 Shear disc efforts

材料的性能按溫度在250℃左右選取，考慮到鋁合金的延展性比較好，按照《有色金屬材料工程》手冊(cè)中提供的伸長(zhǎng)率的數(shù)據(jù)替代δ5進(jìn)行計(jì)算。

從表1中計(jì)算數(shù)據(jù)可以看到：

(1)圓盤剪剪切力的大小與材料的強(qiáng)度極限和伸長(zhǎng)率均有關(guān)系。

(2)帶材厚度的變化對(duì)剪切力的影響很大。

4 總結(jié)與展望

隨著我國(guó)對(duì)鋁加工裝備自主創(chuàng)新能力和技術(shù)水平的不斷提高，對(duì)圓盤剪的技術(shù)水平和綜合能力要求會(huì)更高。今后剪切技術(shù)的發(fā)展將主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)高精度

要實(shí)現(xiàn)高精度，就要從設(shè)計(jì)、制造、自動(dòng)化到安裝整個(gè)流程高要求。圓盤剪的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要關(guān)鍵零部件的制造質(zhì)量、精度和自動(dòng)控制的精度要得到保障和提高，才能滿足圓盤剪的高精度要求。

(2)高速度

高速度的要求是鋁加工提高生產(chǎn)率的要求，也是軋機(jī)速度提高對(duì)配套設(shè)備的必然要求。

(3)高適應(yīng)性

應(yīng)用于鋁熱軋圓盤剪的技術(shù)要求和能力必須適用鋁加工產(chǎn)品的生產(chǎn)特性，品種多，材料性能差異大，以及對(duì)剪切厚度增加的要求。

公司自主設(shè)計(jì)的1850 mm鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線，圓盤剪是其中一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，從其投產(chǎn)后的使用效果來(lái)看，滿足了設(shè)計(jì)要求，也保證了鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。1850 mm鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線采用了先進(jìn)軋制技術(shù)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該生產(chǎn)線的投產(chǎn)，為我國(guó)鋁板帶產(chǎn)品質(zhì)量的提高提供了重要的技術(shù)支撐。