硅钢成品剪切线碎边剪国产化研究

卢志芳

（湖北科技职业学院 湖北武汉430074）

1 前言

硅钢生产工艺实际上是从原材料开始，对冶炼、浇铸、热轧、冷轧、热处理到精整实行全过程的检测、控制、管理的一个系统工程：转炉→真空处理→连铸→加热→热连轧→常化酸洗（CP）→多辊轧机（ZR）→连续退火（CA）→罩式退火（CB）→热平整（CT）→成品剪切（CS）。

在硅钢带钢成品剪切（成品剪切线）生产线中，为了保证带钢边部的几何形状，满足带钢宽度方向的尺寸要求，一般采用圆盘剪对其边部进行剪切，然后由碎边剪将其切成碎块，以便于废钢收集。因此，碎边剪是板带车间精整线上的一台主要设备，它的生产能力及设备状态直接影响到钢材产量。

随着我国钢材的大规模生产急需，在剖析借鉴原装碎边剪减速箱和分配箱以及刀盘的结构和工作原理的基础上，结合各大钢厂生产现场的使用经验，对硅钢成品剪切线线碎边剪，特别是高精度碎边剪进行了国产化研制。

2 主要设备组成

碎边剪设备主要由碎边剪本体、减速机、底座装配、碎边溜槽、稀油润滑管路、液压管路及干油润滑管路等组成。

2.1 结构组成

本设备由两台交流变频主电机分别传动两台减速机，固定剪是通过联轴器传动到碎边剪上，移动剪是通过花键联轴器传动到碎边剪上。两台减速机装配型式不同，移动侧减速机输出轴为空心轴，但两台减速机速比保持一致。

主电机与减速机之间装有电力液压推杆制动器，便于设备安全停车。主电机、减速机、固定剪直接安装于底座上，底座用地脚螺栓固定在基础上。移动剪安装在底座上，由交流变频电机传动到减速机，通过联轴器传动到滚珠丝杠上。滚珠丝杠在电机的带动下旋转，使装于其上的螺母产生轴向移动，从而带动移动剪在底座上滑动，从而调整碎边剪两侧上下剪刃间的开口度。

2.2 底座装配

由于剪切带钢的宽度不同，所以移动碎边剪剪刃与固定碎边剪剪刃之间的开口度需根据带宽的变化而变化，即移动碎边剪可以在底座上移动。底座装配主要由底座、滚珠丝杠、螺母、连接套、销轴、轴承座等组成。当剪切带钢宽度规格改变时，移动剪横移电机传动平面包络环面蜗杆减速器，通过联轴器传动滚珠丝杠副，滚珠丝杠副的螺母通过连接套及销轴与移动碎边剪连接成一体，滚珠丝杠在电机的带动下旋转，使装于其上的螺母产生轴向移动，从而带动移动剪在底座上滑动，改变两侧剪刃间开口度。滚珠丝杠为无间隙传动，即螺纹间隙很小，可以满足剪切精度要求。为避免剪切时剪刃距离发生改变，在电机与蜗杆减速器之间装有电力液压推杆制动器，并保证设备安全停车。为准确计数移动碎边剪移动的数值，在蜗杆减速器输出端还装有旋转编码器。为保证横移后移动剪位置在剪切时不发生变化，机架与底座之间采用四个液压缸锁紧，当开口度调好后，液压缸动作，球面垫顶在底座上，保证锁紧。

2.3 碎边剪本体

碎边剪本体是碎边剪的核心部分，带钢的碎边剪切工作主要依靠它来完成。碎边剪本体主要由齿轮轴、副齿轮、剪刃、刀盘、压紧楔、偏心套、液压锁紧螺母、蜗轮减速机、机架等组成。碎边剪本体机架均采用焊接结构，所有刀盘轴及侧隙调整装置等均安装于机架上。剪刃装于刀盘上，刀盘装于刀盘轴上，刀盘轴由主电机带动减速机通过联轴器驱动，从而实现刀盘的旋转剪切动作。而要准确实现精确的剪切质量，剪刃之间的相对位置必须调整，即剪刃的侧隙必须调整，并保证刀盘的轴向锁紧。

本文中碎边剪的剪刃侧隙调整是由电磁制动电机驱动蜗轮减速机，蜗轮减速机驱动装于机架上部的齿轮轴转动，齿轮轴的转动带动上刀盘轴做轴向移动，使剪刃侧隙得到改变。剪切不同厚度的带钢，其上下剪刃之间的侧隙是不相同的，根据剪切板厚的不同，可以设定不同侧隙，其实际数值可通过侧隙检测装置编码器反馈到操作台上。刀盘装于刀盘轴上，为保证剪切精度，必须使两侧刀盘保证在同一准确位置。为了降低碎边剪的剪切力，把刀盘设计成为螺旋刀的刀盘，这种结构降低了剪切力，使剪切功率也相应地减小，导致剪刃磨损降低，寿命增加。剪刃重叠量是通过上齿轮轴上安装的偏心套来调整。为了确保剪切质量，消除上、下齿轮轴之间的齿轮侧隙，设计下齿轮轴时在轴上安装了副齿轮，在主齿轮和副齿轮之间安装了调整垫，通过修配调整垫来消除齿轮侧隙。为了确保剪切质量，防止刀盘松动，刀盘锁紧采用液压螺母来锁紧。液压螺母是用专用工具向螺母内注入高压油，油的压力推动装于螺母内的压紧环压紧刀盘，这样就保证了剪切时由于剪切力引起的侧推力产生的螺纹间隙消除，达到较好的剪切质量。

为了减小更换剪刃的辅助时间，提高生产率，剪刃装在带有锥形孔的刀盘上，并用液压螺母锁紧在齿轮轴上。采用这种结构，更换剪刃较为方便。在更换剪刃时，在刀盘轴上卸下液压螺母，取下刀盘，然后，将整套装有新碎边剪剪刃的备用刀盘装上，再将液压螺母锁紧。

3 刀盘结构分析

不同材质、厚度的带钢要求碎边剪的设备参数及结构布置做出适当的调整，否则会出现剪刃使用寿命缩短或带钢卡钢等现象，严重影响作业效率和经济效益［1，2］。

其次是绝对的绝户继承，即父母双亡没有男性继承人的继承，这又包括了在室女单独继承和在室女、归宗女、出嫁女的混合继承。在第一种情形下，“诸绝户财产，尽给在室诸女。”即去除丧葬费用之后，将所有财产尽数给予在室女，若有多个在室女，则数人平均分配财产。在存在在室女、归宗女、出嫁女时，遵循的原则是给予在室女家产较多，归宗女次之，出嫁女最少。

3.1 硅钢成品剪切线线主要技术参数

带钢厚度：0.25mm～0.75mm；带钢宽度：1200mm～2300mm；

带钢长度：最大20000mm；带钢强度极限：抗拉强度σmax＝600N／mm2；

碎边宽度：10mm～80mm；碎边长度：550mm～1100mm；

毛刺：≤0.03mm；剪切速度：最大1.5m／s；剪切温度：≤200℃；移动剪移动行程：最大1600mm；

移动剪移动速度：15mm／s。

3.2 碎边剪刀盘结构分析

图1 刀盘刀片布置简图

目前国内制造的碎边剪在结构上多采用双滚筒式或一个刀刃固定，另一个刀刃旋转的形式，刀刃曲线和滚筒母线平行。这样的碎边剪虽然结构简单，但由于切断废边时刀刃在整个宽度上同时进入剪切位置，又同时离开，不可避免地要形成冲击和噪音，使设备的负荷加重，从而带来一系列问题［3］。

而硅钢生产线上碎边剪为转鼓刀盘飞剪式，每个转鼓刀盘上安装四把刀片，把钢带两侧的切边废料按机组作业线的同步速度切成长短合适的碎片，以便收集和处理。作业中心线两侧对称布置两台碎边剪，碎边剪的减速箱和分配箱做成一体式复合结构，复合齿轮箱输出端是速比为1∶1的装转鼓刀盘的两刀轴，两台复合齿轮箱由一台电机驱动，两齿轮箱输入轴之间用矩型花键连接，实现两碎边剪同步工作。

该转鼓刀盘碎边剪的剪切原理和常规剪切相同。都有两点基本要求，一是两剪刃不能顶刀，这要求两转鼓的刀头分度一致，并且同步运转；二是剪切受力时让刀不能太多，让刀太多就会出现撕裂或剪不断的现象，从而造成同步齿轮齿面间瞬间冲击，这要求两同步齿轮传动侧隙不能太大。根据传动需要，齿轮副不可能无侧隙啮合。因此在碎边剪结构中必须设计齿侧间隙补偿机构，一方面消除齿侧间隙对剪刃间隙的影响；另一方面减少剪切时的冲击。

碎边剪由于剪切带钢较薄，因此对上下剪刃之间的间隙要求很严，间隙稍有变化，将会出现剪刃顶刀（间隙小于零）或钢带剪不断（间隙变大）的现象。特别是随着轧制节奏的不断加快，碎边剪造成的剪切缺陷日渐明显。主要就是由于碎边剪间隙大小不稳定，严重影响日常生产。

图2 刀片安装简图

4 参数确定

4.1 刀盘材质及结构

刀盘材质为40CrMnMo经调质渗氮处理，刀片材质为WC，刀垫和压块材质为一般模具钢。其中下刀盘传动，上刀盘从动（可横移调侧隙）。

上、下刀盘刀片重叠量与其侧间隙调整有些不同，其中，下刀盘中，刀片重叠量是通过调整剪刀底下的垫板厚度来实现的，刀片侧隙通过剪刃侧隙调节装置来调节；而上刀盘中，刀片只有底垫来调整刀片重叠量，没有侧垫来调整侧间隙。

一般圆盘剪及碎边剪剪刃间隙和重叠量的调整指导原则：

侧隙：侧隙＝H／10；

重叠量：重叠量＝0.85mm－0.2×H

式中：H—带钢厚度，mm。

4.2 重叠量确定

该碎边剪重叠量标定存在一定困难，目前是采用用标尺量重叠刀刃弦长L，通过

式中：L—重叠刀片弦长，mm；

R—刀片半径，mm；

D—重叠量，mm。

所切带钢厚度最小值为0.25mm，最大值为0.75mm，从而确定重叠量为0.3mm，本台碎边剪刀片的半径为1480mm，重叠刀片的弦长L为42.1mm。

4.3 侧间隙确定

碎边机的刀刃是先加工侧面和底平面，然后组装到滚筒体上磨削外表面。刀刃在滚筒体上的布置是否准确，主要靠加工精度保证。

刀刃的重叠量是事先给定的，根据滚筒中心距和重叠量算出刀刃的磨削圆外径后，即可完成刀刃加工的最后一道工序。

通过增加刀刃下部的垫片，可以多次使用和重磨刀刃，但磨后不能调整重叠量。刀刃的侧间隙也是靠加工精度来保证的，无法调整。

目前国内已有厂家在滚筒体和刀轴之间采用斜楔联接，并通过斜楔来调整刀刃侧向间隙的机构，该机构里斜楔直面是和刀轴间的作用面，斜面是和滚筒间的作用面。正常工作时，两个斜楔已足以使筒滚在轴上双向固定，当调整侧向间隙时，可以固定一个滚筒，通过另一个筒滚上的斜楔的轴向移动，使滚筒转过一个微小的角度，从而达到调整侧隙的目的。

这一机构简单易行，但实际上只能保证一对刀的侧隙，其它各对刀刃的侧隙还取决于滚筒的分度精度。不过总体而言，采用这一机构可以在一定程度上调整侧隙。

此碎边剪根据带钢厚度最小为0.25mm，最大为0.75mm，选择侧间隙为0.02mm。

5 刀片装配

5.1 刀片、底垫、侧垫和压块配装

将完成加工要求的刀片、底垫、侧垫和压块分别装到刀盘上，将其各个接触面抹匀红丹，用螺栓拧紧，然后拆卸，观察各接触面，必须保证底垫、侧垫与刀盘基准面70%接触，并用0.02mm塞尺塞不入；底垫、侧垫与刀片70%接触，压块与刀片、刀盘70%接触，同样用0.02mm塞尺塞不入。如果该要求没有达到，需用油石手工精磨。其中，刀片、刀盘制作周期较长、成本较高，将其视为标准件，通过精磨底垫、侧垫、压块来满足接触面要求。

5.2 配刀

刀片、底垫、侧垫和压块完成接触面配装后，将其全部安装到刀盘上，然后将刀盘安装到刀轴，转动刀盘，使每对刀片处于剪切状态。

首先，用量具量取每对刀片重叠量及侧间隙，对照已经确定的参数值，此处要求底垫、侧垫不允许增加薄垫片，对没有达到参数要求的，需分别解体后，将底垫和侧垫用平面磨进行参数的调整，需要指出的是，底垫和侧垫最好要考虑到配刀损耗及精加工余量，否则将会严重影响装配进度。

然后，需满足：四把刀侧隙相差≤0.01mm，四把刀重叠量（接触线长）相差≤1mm，调完刀后，底垫固定螺丝用洛泰胶防松。完成配刀后，试剪A4纸或普板，测量毛刺。

需注意两点：第一，压块螺纹孔最好在接触面及接触间隙保证后，根据刀片、侧垫、刀盘螺纹孔位置定位压块螺纹孔位置后再行打孔；第二，每个底垫、侧垫和压块都最适用于刀盘上的对应接触面，在配刀完成后，应分别对刀盘、底垫、侧垫和压块做单一标记。

6 结论

硅钢成品剪切线碎边剪设计、制造和装配要求较高，以前基本被国外公司垄断，但通过我国科研人员的不断钻研，也逐渐掌握了该技术。按照上述碎边剪结构、材料、配刀等技术对某大型钢厂成品剪切线国产碎边剪进行设计、制造、装配并应用，剪切效果良好，印证了高精度碎边剪国产化的成功，坚定了国产化道路的信心。