圆盘剪是用于剪切带材边部,消除带材边部缺陷,保证带材宽度一致的装置.现已广泛应用于冶金工厂连续生产线上,如:冷轧机组、清洗机组、酸洗机组、重卷机组和拉弯矫直机组等^[1].圆盘剪的作用非常关键,直接影响最终带材的质量.因此,圆盘剪的设计、制造以及日常维护对其精度影响是至关重要的.

圆盘剪的主要技术参数包括刀盘直径与厚 度、侧向间隙、重叠量和滚珠丝杠的精度.特别是侧向间隙与重叠量,直接影响剪切带材的质量.针对不同厚度、不同材质的带材,侧隙与重叠量各不相同,需要设计者根据具体情况分析确定.图 1为侧向间隙与重叠量的位置关系图.

图 1

图 1侧向间隙与重叠量位置关系图Fig.1Relationship between backlach and overlap about the shearΔ-侧向间隙 backlach; S-重叠量 overlap

刀盘一般为薄圆柱状,通过一对刀盘上下错位,下刀盘在内侧,上刀盘在外侧,相互平行布置,调整出合适的重叠量与侧向间隙,带材在刀盘转动的过程中挤压剪切掉不平整的废边.

刀盘直径、厚度一般根据所需剪切板材的厚度和实践经验综合确定,见表 1.

表 1(Table 1)

表 1根据实际经验选择的圆盘剪刀盘直径 Tab. 1Disk shear diameter according to the practical experience 轧机类型 带材厚度h/mm 刀盘直径D/mm 热轧机 ＜3 1.20～6.35 4.50～12.70 230～320 320～400 ～600 冷轧机 ＜2 0.2～1.0 0.2～3.0 1.5～6.0 150～200 200 320 400 刀盘的厚度b=(0.06～0.10)D

表 1根据实际经验选择的圆盘剪刀盘直径 Tab. 1Disk shear diameter according to the practical experience

刀盘作为损耗件,其制造精度与硬度对其使用寿命影响较大,刀盘平面度要求在0.002 5 mm以内,两面平行度要求可相对降低至0.005 mm以内,硬度要求也很高,因此合理的制造工艺及加工设备是保证刀盘质量的关键.

在生产过程中,圆盘剪两侧刀盘的侧隙、重叠量要尽可能调整一致.因为侧隙小的一侧剪切速度快,极易导致带材跑偏,重叠量小的一侧剪切力大,也容易导致带材跑偏.对圆盘剪来说,侧隙比重叠量更加重要,但也更难以保证.

剪切铝带冷轧板带时,刀盘的侧向间隙取被切带材厚度的7%～10%;剪切厚度＜0.15 mm的薄带时,侧向间隙接近0,使上下刀盘彼此接触,甚至带有不大的压力;剪切热轧板带时,侧隙取被切金属厚度的12%～16%.装配调整时,可通过修磨上下刀轴上的补偿环来满足出厂要求的侧隙值,然后先调整重叠量为负值,在上下剪刃分开后,用塞尺沿带材运动方向塞入,以验证侧隙值.在实际生产使用时,往往需要剪切不同厚度的带材,侧隙可通过设计与便于拆卸的调整垫片进行调整^[2].

侧隙过小时,会导致圆盘剪负荷过大,切断面积过大,刀盘磨损严重,使用周期较短,带材容易出现切边发亮和毛边现象;侧隙过大时,带材会出现裂纹无法重合,剪切面不平整,甚至带材被撕裂.因此合理的侧隙值对带材剪切质量是至关重要的.

一般来说,重叠量太大,剪切力就会增大,带材剪切后,边部就会弯曲甚至扣头;重叠量过小,带材就会出现无法剪切或者剪不断等现象.重叠量是根据需要剪切带材的厚度来确定的,见表 2.

表 2(Table 2)

表 2重叠量选择 Tab. 2Choice of the overlap 厚度h/mm 0.25～1.25 1.25～1.50 1.50～1.75 1.75～2.00 2.00～2.25 2.25～2.50 2.50～2.75 重叠量s/mm 0.58 0.56 0.50 0.43 0.38 0.30 0.25 厚度h/mm 2.75～3.00 3.00～3.25 3.25～3.50 3.50～3.80 3.80～4.00 4.00～4.25 4.25～4.50 重叠量s/mm 0.18 0.13 0.08 0 -0.03 -0.09 -0.15 厚度h/mm 4.50～4.75 4.75～5.00 5.00～5.25 5.25～5.50 5.50～6.50 6.50～8.00 重叠量s`/mm -0.21 -0.27 -0.33 -0.39 -0.50 -0.60

表 2重叠量选择 Tab. 2Choice of the overlap

常见的圆盘剪重叠量调整大多通过将上刀轴安装在偏心盘上,通过人工旋转偏心盘来调整.一旦需要剪切不同厚度带材,就需要调整一次,增加停机时间与人工,调整起来精度低,速度慢,费时费力.设计需要考虑增加自动调整机构,电机带动大速比的减速机驱动带动滚珠丝杠将旋转运动转换成直线运动,配备可靠的检测元器件,自动精确控制,操作者输入来料厚度,系统自动调整到所需的刀盘重叠量和侧向间隙的目标值.

设计时刀轴尽量选用高精度的径向和推力轴承,提高刀轴轴承的游隙等级,保证装配后刀轴的旋转精度.圆盘剪装配完成后,刀轴的径向跳动和端面跳动精度是圆盘剪质量好坏的关键.承受径向力和轴向力的轴承精度尽量选择P5精度以上承受中度预紧,以保证刀轴径向和轴向的稳定性.

圆盘剪对加工精度和装配精度要求都非常高.冷轧线上圆盘剪装配后,要求每个刀盘端面跳动值≤0.03 mm,刀盘径向跳动值≤0.03 mm,拉弯矫直机组上的端面跳动和径向跳动的要求达到0.005 mm以下.为了满足上述要求,关键零件,如:刀轴、刀盘、刀盘锁紧螺母和偏心套等机械加工精度要求更高,这些零件一定要尽量选用在高精度数控机床上加工,否则极易超差.如果上下刀轴、刀盘和偏心套等关键零件尺寸或形位公差出现超差,将直接影响装配后刀盘旋转精度,无法装配出满足设计要求的设备.

轴向窜动直接影响侧隙值的大小,导致圆盘剪系统剪切不稳定.单个刀轴装配时,调整承受轴向载荷的轴承中度预紧,将轴承游隙控制到位以防止刀轴窜动.用千分表对轴向窜动进行检测,承受50～60 kg轴向力后,刀轴轴向窜动变化应在0.005～0.010 mm内.

正确维护是保证圆盘剪发挥其生产能力的必要前提.圆盘剪使用一段时间后,要定期进行维护与保养,及时更换损坏的圆盘刀片,定期检查各刀轴的稳定性、侧隙与重叠量的变化以及轴承及各处润滑点的润滑情况,对其进行标定、记录并及时调整.

使用过程中,操作者应根据生产实际优化出口带材的控制速度,尽量使带材运行平稳,避免在生产线上频繁加、减速,并适当缩短加、减速时间.

介绍了圆盘剪从设计、制造到使用中对圆盘剪精度影响的主要注意事项.在保证圆盘刀精度、合理的侧隙、合理的重叠量、刀轴精度以及装配精度的情况下,圆盘剪生产过程中能够获得高质量的剪切带材,通过合理的维护使用方法能够提高成品率和生产效率.