調(diào)整滾切式雙邊剪夾送輥參數(shù)提高剪切質(zhì)量

辛 欣

（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

0 引言

鋼板剪切工序是中厚板生產(chǎn)流程的重要一環(huán)，矩形切割可以去除軋后母板四邊集中缺陷，而精確定尺能提高鋼板售價(jià)，獲得更高效益。天津鋼鐵集團(tuán)有限公司(天鋼)中厚板生產(chǎn)線配備的雙邊剪可實(shí)現(xiàn)縱向切邊工序，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生“邊部錯(cuò)刀凸臺(tái)”、“鐮刀彎”、“切斜”、“掉肉”、“剪后邊浪”“上下凸臺(tái)”“寬尺縮尺”等缺陷，嚴(yán)重影響了鋼板成材率，降低了生產(chǎn)合格率，后續(xù)處理增加大量人工成本。

1 設(shè)備介紹

天鋼中厚板配備的雙邊剪設(shè)備，其機(jī)架相對(duì)布置于鋼板運(yùn)行方向兩側(cè)，裝備有固定側(cè)、移動(dòng)側(cè)剪切機(jī)構(gòu)，碎邊機(jī)構(gòu)，夾送輥，靜壓導(dǎo)軌調(diào)寬機(jī)構(gòu)，鋼板磁力對(duì)中和激光劃線系統(tǒng)，由入口、出口輥道聯(lián)動(dòng)完成物料運(yùn)輸。

夾送輥配置在雙邊剪出口和入口，分固定側(cè)和移動(dòng)側(cè)上下對(duì)置，機(jī)架內(nèi)有一條托輥縱梁支撐薄板。工作狀態(tài)分為空放和剪切兩類，作業(yè)流程如下：

1.1 空放鋼板

空放鋼板時(shí)，靜壓導(dǎo)軌調(diào)寬機(jī)構(gòu)移動(dòng)雙邊剪移動(dòng)側(cè)機(jī)架打開通道，磁力對(duì)中按激光劃線指示擺正鋼板后送鋼。鋼板行進(jìn)時(shí)，僅下夾送輥配合輥道輸送鋼板；

1.2 剪切鋼板

剪切鋼板時(shí)，依據(jù)激光劃線定位鋼板橫向位置，設(shè)定機(jī)架開口度和剪切每步步長(zhǎng)及速度。當(dāng)鋼板頭部完全進(jìn)入入口夾送范圍內(nèi)后其上輥?zhàn)詣?dòng)壓下，夾送到剪刃。剪切時(shí)，兩側(cè)機(jī)架上刀臺(tái)帶動(dòng)裝配其下端剪刃形成運(yùn)動(dòng)弧線，重合于下剪刃，完成單次鋼板邊部剪切。同側(cè)碎邊機(jī)構(gòu)，通過機(jī)械軸相連，當(dāng)鋼板夾送到下一步序位置，同步截?cái)嗌弦坏侗磺忻叀．?dāng)鋼板頭部完全通過出口夾送輥下方區(qū)域后，出口上輥壓下，此時(shí)四組夾送輥同時(shí)夾持鋼板。鋼板尾部離開入口夾送輥區(qū)域后，入口上輥抬起。同理，鋼板尾部離開出口夾送輥區(qū)域后，出口上輥抬起，剪切過程結(jié)束。

2 剪切質(zhì)量問題體現(xiàn)及初步分析

2.1 邊部雙側(cè)錯(cuò)刀

對(duì)鋼板兩邊進(jìn)行剪切時(shí)，相鄰兩刀切口的軌跡不在同一直線，當(dāng)交錯(cuò)口超過2 mm 時(shí)，形成肉眼可見的邊部缺陷。常在16 mm 厚度以下規(guī)格出現(xiàn)，且越薄越明顯。當(dāng)一側(cè)錯(cuò)刀呈凸臺(tái)時(shí)，對(duì)邊相同位置有掉肉缺陷對(duì)應(yīng)，該缺陷有時(shí)伴生“鐮刀彎”缺陷（參照國(guó)標(biāo)GB/T3274）。

初步分析：可因剪刃裝配或機(jī)架上刀臺(tái)兩側(cè)平行度差；但是，如果鋼板形成“鐮刀彎”缺陷，應(yīng)為鋼板剪切過程中形成單一方向逐步跑偏所致，主要由雙邊剪夾送輥安裝精度、夾送輥雙側(cè)輸出轉(zhuǎn)速（線速度或角速度）不同步、夾送輥碟簧或液壓缸等其他部件損壞造成的。

2.2 頭尾邊部錯(cuò)刀

這類缺陷和雙側(cè)錯(cuò)刀凸臺(tái)類似，但通常在厚度大于30 mm 以上或者長(zhǎng)度12 米以下的鋼板中出現(xiàn)，且只分布于單邊頭部或尾部，鋼板板身在剪切過程中運(yùn)送平穩(wěn)。

初步分析：此缺陷僅在入口夾送輥僅接觸鋼板頭部或尾部剛離開入口夾送輥時(shí)的雙組夾送輥夾持狀態(tài)。檢修中發(fā)現(xiàn)僅有單個(gè)夾送輥出現(xiàn)故障時(shí)有此表象，可根據(jù)錯(cuò)刀位置判斷故障夾送輥的位置。

2.3 剪后邊浪

鋼板剪切后邊部產(chǎn)生邊浪類不平度，浪峰間距大，該類缺陷和夾送輥夾持范圍對(duì)應(yīng)性很強(qiáng)，厚度一般在10 mm 的以下的低碳鋼鋼板經(jīng)常出現(xiàn)。

初步分析：同種材質(zhì)鋼板，其彈性模量和屈服強(qiáng)度一定。厚度降低，發(fā)生塑形形變的壓力也會(huì)降低。夾送輥為保證穩(wěn)定夾持，實(shí)際夾持力通常設(shè)置較大，易達(dá)到甚至超過其塑性變形壓力，形成長(zhǎng)度方向延展。相對(duì)于鋼板非夾持部分，被夾持部分長(zhǎng)度變長(zhǎng)，造成不平度，形成邊浪缺陷。另外，隨鋼板剪切溫度增高，彈性模量降低，亦導(dǎo)致塑形形變壓力變小，當(dāng)夾持力超過其塑形形變壓力時(shí)產(chǎn)生邊浪。

應(yīng)調(diào)整夾送輥壓力厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系，合理調(diào)整薄板夾持壓力值，使其即不發(fā)生打滑又不會(huì)發(fā)生塑性變形。

2.4 鋼板兩側(cè)切口不規(guī)則切傷缺陷

鋼板在剪切后明顯產(chǎn)生兩側(cè)方向有對(duì)應(yīng)性的剪切缺陷，但沒有任何線性規(guī)律。

初步分析：鋼板夾持前進(jìn)過程中產(chǎn)生滑動(dòng)，一般因夾送輥夾持力過小，使夾送輥對(duì)鋼板摩擦力無法抑制鋼板在前進(jìn)中的動(dòng)量，導(dǎo)致產(chǎn)生滑動(dòng)。

2.5 掉肉和上下凸臺(tái)

鋼板剪切立面少肉或外凸，伴生鋼板上下表面和鋼板立面交接處，出現(xiàn)上拉或下拉的凸臺(tái)情況。

初步分析：剪刃間隙過小時(shí)，其撕裂塑性變形階段不充分，切割面滑移較早且劇烈，產(chǎn)生掉肉；反之，鋼板溫度高或剪刃間隙大的情況下，容易產(chǎn)生上下連續(xù)凸臺(tái)。

2.6 寬度不穩(wěn)定

寬度忽寬忽窄，在生產(chǎn)實(shí)際中多次出現(xiàn)過鋼板頭部和尾部寬度相差3 mm 到8 mm 的情況，一般板頭窄板尾寬，多見厚度大于20 mm 的鋼板。對(duì)鋼板寬度公差控制帶來極大不便。

初步分析：該現(xiàn)象一般因雙邊剪機(jī)架寬度調(diào)整機(jī)構(gòu)抱閘不穩(wěn)定造成。

綜上，缺陷序號(hào) 1、2、3、4 和雙邊剪夾送輥有明顯關(guān)系，可見在完成剪切工序時(shí)，其切邊質(zhì)量和夾送輥有密切關(guān)系。在剪切過程中雙邊剪夾送輥安裝精度控制和夾送輥壓力的調(diào)整需要我們結(jié)合實(shí)際進(jìn)行研究。

3 夾送輥的安裝精度的控制

夾送輥的安裝精度，主要是夾送輥輥身軸向偏差、輥面標(biāo)高和夾送輥輥身傾角三個(gè)方面。

3.1 輥身軸向偏差

夾送輥壓在鋼板表面進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼板前進(jìn)并進(jìn)行剪切。如果輥身軸向有偏差，其轉(zhuǎn)動(dòng)方向與鋼板前進(jìn)方向不平行，產(chǎn)生橫向分速度，鋼板將橫向移動(dòng)，產(chǎn)生跑偏。

檢測(cè)方法：在雙邊剪機(jī)架內(nèi)側(cè)，水平拉一根鋼絲并保證其與上刀架剪刃安裝平面平行，高度大約設(shè)置在夾送輥中心位置。任取夾送輥附近X、Y 兩點(diǎn)，測(cè)量X、Y 兩點(diǎn)距離L 和該兩點(diǎn)距離夾送輥端面距離sx、sy，根據(jù)正切函數(shù)計(jì)算出夾送輥輥身軸向偏差為其偏差T 值應(yīng)該在0.07 mm/m 以內(nèi)。如果超出此數(shù)值，需要進(jìn)行調(diào)整。下夾送輥調(diào)整時(shí)，參照上夾送輥即可。

調(diào)整方法：通過調(diào)整軸向偏差調(diào)節(jié)螺栓，帶動(dòng)斜楔橫向移動(dòng)，使夾送輥向前后偏移（見圖1）。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)斜楔水平方向每增減1 mm，夾送輥偏移0.05 mm/m。

3.2 下夾送輥輥面標(biāo)高

在鋼板夾持過程中，上夾送輥壓下，下夾送輥固定。下夾送輥輥面為鋼板實(shí)際移動(dòng)的基準(zhǔn)面。其標(biāo)高應(yīng)該高于下剪刃上表面5 mm，下輥面以及輥道若標(biāo)高不同，鋼板行進(jìn)過程中，單側(cè)速度方向與水平方向產(chǎn)生夾角，形成垂直方向分速度，輥道及夾送輥前后輥面標(biāo)高差較大時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋼板碰撞輥面，導(dǎo)致兩邊速度不一致，產(chǎn)生鋼板跑偏。

檢測(cè)方法：根據(jù)下夾送輥的軸承座標(biāo)底面和頂面的標(biāo)高位置與輥道水平高度的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量?？梢岳盟疁?zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，也可以用2 米以上的平尺和框式水平儀對(duì)下夾送輥端最高點(diǎn)部逐對(duì)測(cè)量。

調(diào)整辦法：調(diào)節(jié)夾送輥下方的調(diào)整螺栓（見圖1）。實(shí)際操作發(fā)現(xiàn)，每旋轉(zhuǎn)一圈螺栓，其調(diào)整量約為2 mm，要求誤差控制在±0.5 mm 以內(nèi)時(shí)對(duì)跑偏影響可以忽略。

圖1 夾送輥安裝精度調(diào)整點(diǎn)位

3.3 夾送輥輥身傾角

在夾送輥夾緊鋼板時(shí)，上下輥輥面與鋼板的上下表面理論上為緊貼狀態(tài)。但因夾持力的作用，在夾送輥壓下后，夾送輥的傳動(dòng)軸產(chǎn)生撓度。若夾送輥間的傾斜角度不正確，夾送輥間的夾持力無法平均分布在夾送輥輥面，此時(shí)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)分力矩，使鋼板跑偏。所以需要對(duì)夾送輥的輥身傾角調(diào)整即為撓度調(diào)整。

3.3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)夾送輥傾角的幾種方法

3.3.1.1 觀察剪后夾持部分痕跡法

鋼板在剪切過程中，被夾持部分上表面氧化層有明顯痕跡。夾送輥傾角正常時(shí)，其轉(zhuǎn)動(dòng)中心平行于鋼板表面，夾持力均布在接觸面上，形成均勻?qū)ΨQ痕跡。傾角不正常時(shí)，其寬度方向夾持痕跡不平均，兩側(cè)差異明顯。此方法可初步判斷傾角大小和偏移方向。

3.3.1.2 塞尺粗測(cè)法

將上下夾送輥夾緊，其夾持力設(shè)置為5Mpa，而后使用0.05 mm 的塞尺測(cè)量上下夾送輥輥面在壓緊之后輥面后的間隙，無法塞入為合格。

3.3.1.3 框式水平儀檢查法

在夾送輥抬起狀態(tài)下，利用框式水平儀側(cè)面緊靠夾送輥內(nèi)側(cè)端面（圖2 示），根據(jù)液柱顯示的傾斜情況進(jìn)行反向側(cè)墊塞尺，至儀液柱顯示水平。最后根據(jù)所墊塞尺厚度來計(jì)算夾送輥輥身傾角。

當(dāng)塞尺厚度為h（mm），水平儀接觸輥側(cè)面到塞尺的距離為D（mm）時(shí)，定義其傾角正切值表述為理論上：上夾送輥撓度 H上=1.0 mm/m，下夾送輥撓度 H下=0.7 mm/m。

上述方法一可作為日常生產(chǎn)時(shí)的觀察判斷；方法二作為快速檢驗(yàn)夾送輥傾角的簡(jiǎn)便方法；方法三作為安裝、調(diào)整夾送輥傾角時(shí)的精確測(cè)量。

圖2 夾送輥傾角框式水平儀測(cè)量法（虛線為壓下狀態(tài)）

3.3.2 夾送輥傾角調(diào)整方法

在安裝階段傾角是依靠改變夾送輥機(jī)架與U型框支架之間安裝的調(diào)整墊厚度來實(shí)現(xiàn)的（見圖1）。根據(jù)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和與兄弟企業(yè)的多方面交流，四組夾送輥之間相互影響作用復(fù)雜，通過墊片調(diào)整角度約束條件很多，一旦調(diào)試成功后及時(shí)做好設(shè)備檔案，我廠所用雙邊剪曾更換過出口下夾送輥，對(duì)墊片厚度保留原始厚度，剪切實(shí)際效果良好。推薦夾送輥傾角異常時(shí)，通過調(diào)整夾送輥的碟簧鎖母預(yù)緊程度進(jìn)行微調(diào)。

4 調(diào)整夾送輥壓力解決剪切不平度問題

鋼板夾送過程中，若壓力過大會(huì)產(chǎn)生邊浪缺陷，夾持力需要滿足既不會(huì)發(fā)生邊部塑性變形又可以順利完成加速前進(jìn)。夾送輥夾持送鋼過程中，產(chǎn)生以下力：鋼板重力、夾送輥液壓壓力、夾送輥重力、摩擦力等，鋼板因牽引力前進(jìn)受到以下因素影響

圖3 每分鐘剪切30 刀次T-V 圖

（1）最小牽引力F：剪切時(shí)鋼板每運(yùn)動(dòng)周期經(jīng)歷：勻加速運(yùn)動(dòng)，最大峰值速度勻速運(yùn)動(dòng)，勻減速運(yùn)動(dòng)至停止，靜止待切四種狀態(tài)。牽引力和鋼板加速度呈正比，每分鐘刀次調(diào)節(jié)范圍為16 刀至30 刀，步長(zhǎng)為1050 mm 或1300 mm（如圖3 所示）。現(xiàn)按照每分鐘30 刀切計(jì)算，設(shè)定每道步長(zhǎng)1050 mm，其輸送加速度最大為3.5 m/s，當(dāng)剪切薄規(guī)格為8 mm 時(shí)最容易產(chǎn)生不平度，毛邊寬度為2.1 m（剪切后為2 m），由于整張鋼板下表面只有輥道和夾送輥的摩擦力提供前進(jìn)力，上表面受夾送輥產(chǎn)生的合力，設(shè)實(shí)際最長(zhǎng)鋼板為研究對(duì)象，此時(shí)長(zhǎng)度l 為40 m。

則 鋼板前進(jìn)最小的牽引力=質(zhì)量×速度=長(zhǎng)×寬×高×密度×速度

（2）鋼板重力Gb：如上述取厚度h 數(shù)值為8 mm，寬度b 數(shù)值為2.1 m，共有四個(gè)夾送輥起支撐作用，計(jì)算重力時(shí)因整張鋼板除去夾送輥外均有輥道支撐。故僅考慮需要夾送輥支撐的部分，即以距離夾送輥?zhàn)罱那昂筝伒乐g部分鋼板為研究對(duì)象，其間距l(xiāng)b為6.7 m，則每個(gè)夾送輥上所受的鋼板重力Gb

（3）夾送輥?zhàn)灾谿1:針對(duì)夾送輥?zhàn)灾貙?duì)鋼板產(chǎn)生的作用力做正交分解，通過圖紙可知，上夾送輥是通過銷軸剛性連接于下夾送輥，其重力在鋼板上的作用可忽略。

（4）由于是鋼鐵和鋼鐵間摩擦，摩擦系數(shù)μ 可取0.15，共有四組夾送輥，故單組夾送輥所需的動(dòng)力F0。所以上夾送輥摩擦力與下夾送輥摩擦力之和滿足以下要求可實(shí)現(xiàn)鋼板正常輸送。

μ×（G1+F0）+μ×（G1+F0+Gb）＞F/4，當(dāng) G1取 0 時(shí)，

則 F0＞14190N 可實(shí)現(xiàn)夾送。

式中:單滾最小夾送壓力，N。

反向推算，原來調(diào)試設(shè)定剪切8 mm 鋼板時(shí)采用的液壓缸壓強(qiáng)P 為50bar，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際，此壓強(qiáng)夾持低碳鋼時(shí)，鋼板邊部極易塑性變形。通過實(shí)踐調(diào)定，剪切該厚度壓力減小到40bar 時(shí)，無邊部變形缺陷。該液壓缸的缸徑和桿徑分別為160 mm 和90 mm，則此時(shí)壓緊缸作用到鋼板上的壓力F1等于油缸壓力乘它的實(shí)際力臂比。

F1＞F0，可以滿足鋼板壓緊需求。同理，計(jì)算同樣容易產(chǎn)生切后不平度的低碳鋼，厚度10 mm 時(shí)也可以滿足要求。

5 總結(jié)

綜上所述，發(fā)現(xiàn)雙邊剪夾送輥安裝精度和夾送輥壓力設(shè)置大小是現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中產(chǎn)生“邊部錯(cuò)刀凸臺(tái)”、“鐮刀彎”、“切斜”、“掉肉”、“剪后邊浪”“上下凸臺(tái)”“寬尺縮尺”等缺陷的主要原因。通過采取夾送輥的安裝精度的控制和按品種規(guī)格調(diào)整夾送輥壓力等措施，提高了鋼板的剪切質(zhì)量，解決了困擾生產(chǎn)的很多問題，尤其在切后邊浪缺陷方面，措施采取前剪切邊浪缺陷出現(xiàn)嚴(yán)重，僅8 mm～10 mm 兩規(guī)格于2018 年曾經(jīng)產(chǎn)生3 次60 噸以上質(zhì)量事故，各別月份產(chǎn)生不合格品達(dá)到60 片以上，嚴(yán)重影響了鋼板成材率和合格率，給后續(xù)處理增加了大量人工成本。通過工藝和設(shè)備的科學(xué)調(diào)整，目前該類缺陷基本為為零，鋼板成材率和合格率顯著提高，后續(xù)處理的人工成本大幅減少了。