影响圆盘剪剪切精度的主要因素

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摘 要：文章介绍了影响圆盘剪剪切精度的主要因素：圆盘刀的直径和厚度、轴向侧隙、重合量、刀轴精度等，结合工作中的实践经验对这些主要因素进行分析和探讨，并提供相关可参考的数据及计算公式。通过合理的设计、制造及使用可以提高圆盘剪剪切带材的精度。

关键词：圆盘剪；圆盘刀；侧隙；重合量；刀轴

1 概述

圆盘剪是用于将带材沿宽度方向分条、切边，以达到满足宽度规格和边部要求的剪切装置。现主要应用于冷轧机组、酸洗机组、重卷机组和拉弯矫直机组终端工艺配置。圆盘剪的作用非常关键，直接影响带材的最终质量。因此圆盘剪的设计结构，加工精度以及对其精度的维护都非常重要。检验圆盘剪剪切成品带材质量的主要技术指标：镰刀弯、宽度公差及毛刺。

镰刀弯：也称侧弯，指经过裁剪之后的钢带产生的横向弯曲现象。薄带一般控制在1mm/m以内，高精度的一般要求在0.3mm/m以内。镰刀弯的测量方法如图1所示。

宽度公差：指钢带经过圆盘剪剪切后，每条成品的宽度必须控制在一定的公差范围内。薄带一般控制在±0.05mm以内，更高精度的要求控制在±0.02mm以内。

毛刺：剪切加工的特有现象，指钢带经过圆盘剪剪切后钢带边缘不良现象。毛刺一般控制在带材厚度的（3%～5%）。

要保证圆盘剪剪切带材的精度就必须满足这三个技术指标。除去原材料本身的影响因素外，影响这三个技术指标的主要因素有：圆盘刀的直径与厚度，圆盘刀的轴向侧隙，重合量以及刀轴的精度等。

2 圆盘剪主要技术参数

2.1 圆盘刀的直径与厚度

通过安装在一对平行刀轴上的圆盘刀上下错位，下刀盘在内侧，上刀盘在外侧，也称下切式的布置，调整好上下圆盘刀的重合量和轴向侧隙，圆盘刀在刀轴的带动下转动对带材进行挤压剪切，来实现带材分条和切边的工作。圆盘刀的直径决定剪切角，外径越大剪切角越小，所需的电机功率也就越小，越节能。但是直径太大，圆盘刀的刚性就会减弱，影响刀盘的使用寿命。圆盘刀片直径主要取决于被剪切带材的厚度h，其最小允许值与刀盘重合量S和最大咬入角α有下列关系：

D=（h+S）/（1-cosα）

最大咬入角α，一般为10～15°，此时圆盘刀直径通常在下列范围内选取：

D=（40～125）h

其中大的数值用于剪切较薄的钢板。减小圆盘刀的直径可减小圆盘剪的结构尺寸，在结构尺寸允许的情况下，应尽量选用小直径的圆盘刀。当剪切厚钢板（h=40mm）时，圆盘刀直径可按下式选取：

D=（40～125）h

圆盘刀的厚度决定刀盘的强度，但是刀盘太厚就会很重，不仅操作起来很辛苦，价格也高，同时分切窄条时也限制刀盘的厚度。刀盘太薄则刀的挠度不够，剪切过程中刀盘的侧隙变化就比较大。剪断切口、形状都会变化，刀盘的磨损也比较快。圆盘刀的厚度δ一般取为：

δ=（0.06～0.1）D

圆盘刀作为圆盘剪的易损件，它的加工精度及硬度对其使用寿命有着非常重要的作用。根据实践经验，圆盘刀的厚度精度为0.005mm，平面度精度为0.025mm，两面的平行度精度为0.005mm。而刀盘材料及硬度可以尽可能延长其寿命。

圆盘刀在使用过程中，因长时间与板材对抗挤压，以致刀口会出现磨耗与钝角，切口部位会出现金属疲劳层，为确保剪切质量，则需对已磨损的刀盘进行修磨，修磨时只需修磨刀盘直径。修磨刀盘直径采用整体修磨以保证各刀盘的外径及同心度一致性要求。圆盘刀的外径通常都有磨损范围，当外径小于磨损范围时必须更换新刀盘。

圆盘刀的精度直接影响轴向侧隙，外径一致性直接影响重合量的一致性，因此圆盘刀对于圆盘剪剪切带材的精度发挥着非常重要的作用。

2.2 圆盘刀的轴向侧隙

圆盘刀的轴向侧隙预留的大小要根据剪切带材的厚度及强度确定。一般情况如表1所示。

装配调整时，可通过修磨上、下刀轴上的基准环来满足出厂要求的侧隙值。生产时，先调整上、下圆盘刀的重合量，使其为负值，然后用塞尺沿带材运动方向塞入，以检验侧隙值。圆盘刀的轴向侧隙与吃刀深度的位置关系如图2所示。

一般保证撕裂区与剪切区的比例为2：1左右，可根据剪切断面颜色及粗糙判断侧隙是否合适：断面光滑发亮，侧隙太小；断面铅灰色，侧隙略小；断面白色略带铅灰色，侧隙合适；断面白色，呈颗粒状粗燥，侧隙太大。如果侧隙过大，会出现剪切毛刺现象。如果侧隙过小，会导致圆盘剪负荷过大，刀盘磨损严重，使用周期较短。

在生产过程中，圆盘刀两侧的侧隙值要尽可能一致。因为侧隙大的一侧，剪断局部的压痕就会变大，比侧隙小的一侧对带料的拉伸要大，就会出现剪切镰刀弯。特别是板厚与板幅的比率较小的钢板（即窄幅钢带）出现镰刀弯的几率就比较大。

2.3 重合量

重合量根据剪切带材的厚度而定，一般情况下厚度≤4mm时为正值，厚度>4mm时为负值，即刀片为非重叠状态。通常情况如表2所示。（约为剪切带材厚度的的10%～50%）。

一般来说重合量太大，剪切力就会增大，带材剪切后边部就会弯曲甚至扣头；重合量太小带材就会无法剪切或者出现剪不断的现象。生产中重合量微调整通过手轮带动一对蜗轮蜗杆升降副将旋转运动转化为直线运动，再配备数显百分表检测元器件，来实现圆盘刀重合量的目标值。

2.4 刀轴精度

刀轴精度包括刀轴的水平摆动、垂直摆动和轴向窜动。通常要求刀轴的水平摆动和垂直摆动精度要求在±0.005mm以内。轴向窜动精度要求在±0.005mm以内。刀轴精度对于实现刀盘侧隙的稳定性及刀盘的偏摆起着非常重要的作用。

配刀时，通常将操作侧的活动支架移开，以单侧支撑状态配刀。此时刀轴的垂下量要求在0.1mm以内。因此驱动侧的刀架除了承受自身的扭矩外，还需考虑刀轴的扭矩，因此在设计时刀架轴承设计成对称式精度等级为p4或p5级精度的圆锥辊子轴承，并采用预紧措施。

刀轴轴向蹿动在装配时可通过配磨驱动侧的刀架外端的轴承盖，调整驱动侧的刀架的轴承游隙，即可实现刀轴轴向窜动的调整。

当然在实际生产运行过程中，对于圆盘剪的维护与保养也是非常重要的。在使用一段时间后，要定期进行维护与保养，及时更换损坏的圆盘刀，及时检查刀轴的稳定性，侧隙及重合量的变化以及轴承各点的情况。并予以标记并及时调整。

3 结束语

通过提出检验圆盘剪剪切成品带材的三个主要技术指标，介绍了影响这三个指标的主要因素以及在设计及生产时怎样合理调整，来提高带材的剪切质量。通过合理的维护与保养可以提高带材的成品率和生产效率。

参考文献

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[2]黄庆学.轧钢机械设计[M].北京：冶金工业出版社，2006.

[3]肖磊，郭坤龙.影响圆盘剪带材剪切质量的因素分析[J].上海有色金属，2014（1）：30-32.

作者简介：张军妮（1978，11-），汉族，女，工程师，本科，2003年毕业于西安科技大学机械设计制造及其自动化专业，同年7月应聘至西北机器有限公司从事冶金设备的研发工作，期间主管的机组项目达30多项，具有丰富的技术功底和现场经验。