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摘要：文中介绍了切边剪的基本结构及工作原理，针对高强钢生产中切边剪崩刃现象进行了原因分析，并提出了优化剪刃间隙和重叠量参数、严格控制剪刃硬度等有效的控制措施。
关键词：高强钢；切边剪；崩刃；控制
0前言
切边剪设备在冷轧生产线中的应用极为普遍，其作用是切除缺陷较多的带钢边部，保证成品带钢宽度规格。切边剪设备的制造精度、安装精度、参数设定及其控制精度等均会对带钢的切边质量和设备的运行稳定性产生较大影响。我厂酸轧生产线在生产高强钢过程中，切边剪频频发生崩刃故障，问题严重时还会在带钢边部产生深度超过1mm的边部裂口。严重影响了产品质量和生产效率。
1切边剪的结构介绍
切边剪由两个移动剪架组成（如图1所示），由电机1驱动，通过分配箱9和12将动力传至圆盘剪，在两个移动剪架上分别安装有刀刃侧隙调整机构和重叠量调整机构。马达6通过丝杠带动驱动两机架以中心线做相对移动，以调整切边后带钢宽度。
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图1切边剪结构图
2切边剪的工作原理
切边剪在工作时，剪刃旋转完全由带钢带动，因此剪刃的线速度与带钢运行速度保持一致。带钢通过切边剪的过程中，上下剪刃做圆周运动的同时逐渐切入带钢，从而将带钢边部切断。这一剪切过程可细分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段及断裂阶段。通过剪切断面可以看出，断面的上部为剪断区，断面下部为撕裂区。这是因为在剪切时，上剪刃会对废边产生向外和向下的挤压力，再加上下方碎边剪的牵引力，使得断面上部材料早于下部提前产生塑性变形并先断裂，从而剪断面出现在上部。
当带钢速度与剪切速度相等时，带钢的受力情况如图2所示。
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图2剪切时带钢受力情况
剪切力计算公式（中诺沙利公式）为：
其中：α，剪刃咬入角；
Ｒ，剪刃圆弧半径；
s，剪刃重叠量；
根据式(1)和式(2)可知：剪刃圆弧半径越大，咬入角越小，剪切力越大。在实际生产中，带钢厚度与剪刃半径为常量，因此，只有通过改变剪刃的重叠量来调整剪切力和咬入角大小，且重叠量增加，剪切力减小，咬入角增大。
3切边剪崩刃原因分析
根据材料断裂理论相关方面的研究，断口主裂纹方向与材料材质和剪刃间隙有关。对于硬度较低的带钢，刀隙减小，塑性变形区会随之缩小，剪切力作用面积减小，有利于撕裂面的形成。而对于高强钢，剪切时剪切抗力大，因此在带钢断裂瞬间会对剪刃产生很大的冲击力。由于高强钢具有脆性大、硬度高等特点，不容易产生塑性变形，剪切力更容易顺着剪切方向传递，更容易形成撕裂面。因此，在剪切高强钢时可适当减小重叠量和增加剪刃间隙，以减小剪刃受到的冲击力，防止发生崩刃。
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图3剪刃的咬入角示意图
4切边控制措施
4.1优化剪刃间隙和重叠量参数
剪刃间隙与重叠量是影响带钢切边质量和剪刃使用寿命的重要参数，特别是剪切间隙对剪切质量和剪刃使用寿命的影响尤为明显。在过去生产IF钢过程中总结出的一套间隙与重叠量参数标准已不适用于高强钢的生产，甚至已超出设备的参数设定范围。酸轧机组切边剪间隙量和重叠量的参数预设定根据碳当量进行划分。在经过摸索后，对原始的碳当量进行了划分，并反复实践优化了间隙和重叠量参数的预设定值，最后“大间隙小重叠量”的做法取得了满意的切边效果。因此需要根据带钢的厚度、材质和硬度重新优化间隙与重叠量参数，规定了更换带钢品种、规格后须重新设定切边剪参数，设定了剪刃更换操作规程，并要求更换完毕后重新标定参数。
4.2严格控制剪刃硬度
大多数高强钢由于加入不同量的合金元素，经热处理后，在各种强化机制的作用下，具有很高的硬度，一般来说，硬度提高强度也随之增高，其屈服强度都在280MPa以上，目前该酸轧作业区生产的高强钢屈服强度基本在330～450MPa范围内，有的高达650MPa。高强钢的导热性差，在剪切过程中，剪切区的应力和热量集中在很小的接触面，使切削温度增高。切削温度高，剪刃磨损加剧，导致刃口崩缺或烧伤，剪刃的耐用度低。切边作业要求切边剪剪刃具有强度大、韧性好和硬度高的特点，才能保证良好的切边质量。用高硬度的剪刃剪切高屈服强度钢种造成了“两败俱伤”局面，结果崩刃事故经常发生。为此前后尝试使用了硬度在76HS以上和硬度在70～74HS范围内的退火剪刃，结果显示使用较低硬度的剪刃既保证了切削顺利，又降低了崩刃事故。为保证切边效果，上下刀片硬度的合理匹配也非常重要，要避免出现一个太软、另一个太硬的现象，上下剪刃的硬度差别约在2HS比较适宜。
4.3其他措施
在高强钢批量生产前需生产1～2卷IF钢进行“热刀”，目的在于使圆盘剪剪刃内部组织更加均匀，避免因局部硬点或局部软点造成崩刃或切边质量缺陷。此外，带钢频繁加减速、低速运行也是影响切边顺利与否的重要因素，瞬间的速度变化会打破原有的剪切力平衡，带钢与剪刃的受力情况在短时间内发生剧烈变化，使得摩擦力增加，局部高温会使剪刃生成软点，从而影响剪刃寿命及剪切质量。
参考文献
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