提高鍘刀剪剪刃使用壽命的分析

李澤群 黃筠

(中冶南方工程技術有限公司 湖北武漢430223)

1 前言

某鋼廠為了其酸軋線的后續清洗擬新建1條電解脫脂機組，機組產品為SPCC、SPCD、SPCE、Q195、Q235等低碳鋼、中碳鋼及低合金鋼，年清洗冷軋帶鋼卷26.8萬t，帶鋼厚度0.2～1.6mm，帶鋼寬度 700～1300mm，帶鋼的強度極限 σb≤690MPa。

在機組的入口段和出口段，各設有一臺鍘刀剪，其結構型式如圖1所示，入口段鍘刀剪用來剪切帶鋼頭尾超差部分以便于焊機焊接拼卷，出口段鍘刀剪用于分卷。在機組日常運行中，若鍘刀剪剪刃壽命較低、頻繁更換剪刃，則工人操作麻煩、勞動強度大，影響機組生產節奏，進而減少產品產量，也增加了剪刃的備件消耗量。因而，提高剪刃使用壽命是十分重要的。

以本機組鍘刀剪為例，影響其剪刃使用壽命的主要因素有:剪刃自身的選材、剪刃間的側隙大小以及剪刃自身結構。本文將從這三個方面來探討如何提高剪刃的使用壽命。

2 剪刃材料選型

鍘刀剪剪刃在使用過程中，承受較大的剪切載荷，強烈的振動、沖擊、擠壓及磨擦載荷，剪刃應具有較高的沖擊韌性和斷裂韌性、剛性及抗壓強度等綜合力學性能。

多年來國內使用的刀片材料一直采用6CrW2Si和Cr12MoV，但前者塑性較低，后者韌性也不夠理想［1］。6CrMnNiMoVWSi(簡稱DS鋼)，是一種新型高韌性耐沖擊冷作模具鋼。DS鋼的碳含量為0.59%，以Mo代替部分W，使W當量減少約1.0%，從而減少了碳化物總量，并降低碳化物不均勻性，因此減輕了碳化物對韌性的有害影響，提高了韌性;為韌化基體，進一步提高韌性加入了少量的Ni;此外，為保證耐磨性加入了少量的V;為提高淬透性加入了少量的Mn。Cr、Si則和6CrW2Si的含量相同。DS鋼的成分特點是采用中碳，加Ni，以Mo代替部分W，多元少量合金化方案，優化合金配比，合金度約為4%，其化學成分如表1所示［2］。

圖1 鍘刀剪的結構型式1-夾送輥裝配;2-機架;3-剪刃側隙調整螺栓;4-上剪刃裝配;5-下剪刃裝配; 6-夾送輥傳動電機;7-剪切機構

表1 DS冷作模具鋼化學成分/%

DS鋼和6CrW2Si及Cr12MoV的強韌性對比試驗［3］(表 2)表明，DS鋼的韌性顯著優于6CrW2Si，遠遠高于Cr12MoV，且有足夠的強度和硬度。進行的沖擊耐磨試驗［3］也表明:DS鋼沖擊磨損性能比Cr12MoV稍低，但還是比較滿意的，這和 DS鋼高韌性有關;DS鋼剪刃耐磨性是6CrW2Si的1.5倍。而模具壽命對比［3］結果也表明，DS鋼可廣泛用于耐沖擊的剪切工具，使用壽命可比Cr12MoV及6CrW2Si提高數倍至數十倍。因此，DS鋼是制作要求高韌度耐沖擊的鍘刀剪剪刃的理想材料，它具有較好的強度和韌性的配合以及良好的抗沖擊性，優良的工藝性能和持久的使用壽命，且價格低，性價比很高。故本機組選用了DS鋼作為剪刃材料。

表2 DS鋼、6CrW2Si、Cr12MoV的強韌性對比

3 剪刃側隙

剪刃側隙是否合理，直接影響到剪切斷面質量的好壞及剪刃使用壽命。剪刃側隙過小，會產生切邊不平或拉絲現象，同時剪刃磨損快;剪刃側隙過大，切邊會產生斷裂或撕裂現象。選擇合適的剪刃側隙，可以減小磨損，提高剪刃使用壽命。

本機組鍘刀剪剪刃側隙是通過手動調整機架兩側的螺栓來調節的，因為手動調節誤差比較大，帶鋼厚度范圍(0.2～1.6mm)也比較窄，因而在制造廠出廠前調整到一個合適的剪刃側隙，就能很好地剪切0.2～1.6mm厚度的帶鋼了。

剪刃側隙是由被剪切帶鋼的性能和厚度決定的。一般來說，帶鋼厚度h≤5mm時，剪刃側隙c =0.07h［4］。根據多條機組現場調試經驗，對本機組所生產的帶鋼，剪刃側隙可取為帶鋼厚度的7%～10% 。故本機組鍘刀剪要求制造廠把剪刃側隙調成0.03，誤差±0.01。

4 剪刃結構優化

為了充分發揮剪刃母材的作用，延長剪刃的使用壽命，將剪刃四周棱邊都做成刀刃，并且剪刃的結構設計成對稱型式的，這樣四個棱邊可以交替互換為切削刃使用。本機組鍘刀剪剪刃結構如圖2所示。

圖2 剪刃結構

切削刃用到一定程度沒有大的損壞，通過重新磨礪后可以繼續使用，在使用過程中發現有部分切削刃磨完后，用上一段時間還可以進行第二次磨礪后使用。直至切削刃經刃磨后仍無法使用，才將剪刃翻轉使用其余三個刃口。當四個刃口全部損壞且無法修復時才需要更換新的剪刃，這樣可以有效延長剪刃的使用壽命。

5 結語

新設計的鍘刀剪已經得到成功運用，自機組2012年8月投產至今，從未更換過剪刃，剪切帶鋼的精度也達到了設計要求。這說明，為了降低備件費用，提高經濟效益，從以下三個方面著手提高剪刃使用壽命是十分有效的:

1)剪刃材料選用性價比較高的新材料DS鋼。

2)選擇較合適的剪刃側隙。

3)剪刃四周棱邊做成刀刃，結構設計成對稱形式的，并多次研磨使用。

［1］成大先主編.機械設計手冊.第1卷—4版［M］.北京:化學工業出版社，2004:3－57－3－58.

［2］孫培禎等.DS冷作模具鋼的性能研究［J］.模具工業，1991，Vol.123(5).

［3］陳鈺秋等.高韌性冷作模具鋼(DS鋼)的研究及應用［J］.特殊鋼，2000，Vol.21(4):28－31.

［4］周國盈.帶鋼精整設備［M］.北京:機械工業出版社，1982:74.