黄权
中天钢铁集团有限公司江苏省常州市213000
摘要：冷剪机在轧钢生产线有着总要的地位，影响着整道工序的顺利生产。本文主要阐述冷剪机在成品棒材剪切过程质量控制中弯头的产生的因素，归纳和总结剪切弯头产生的主要成因与应对措施，保证棒材生产线上成品质量的提升。
关键词：冷剪机、剪切弯头、剪切点温度、堆叠、刀刃间隙
0、前言
冷剪机作为冶金轧钢生产工艺中不可或缺的设备之一，在棒材生产车间线上，其剪切质量直接影响着成品的质量【1】。随着螺纹钢市场产品质量要求不断提升和新国标的更新，棒材剪切弯头的质量异议明显突出，极大影响公司形象和生产厂的效益，为此探索剪切弯头和解决改善时不可待。
1、剪切机原理
剪切机是用来将轧件切成一定长度（定尺），或切除由于轧钢生产过程轧件头尾不合格要求的部分，文中阐述的850T冷剪机为平行刀片剪切机。中天钢铁某钢轧厂棒材线目前有两条轧线，三台冷剪机在线投用，所使用的冷剪机为上切式，即下刀片保持不动，依靠上刀片运动来完成剪切过程。
如下图1所示，为轧件剪切过程分析示意图，冷剪机在剪切过程中可分为两个过程，即刀片压入金属阶段和刀片滑移阶段，当刀片压入金属时，刀片会对轧件产生作用力P形成力矩P*a，此力可使剪切件沿图示方向进行转动，同时刀片的侧面会产生对剪切件的作用力 T，并形成力矩T*c来阻止轧件进行转动，随着刀片的压入，轧件的转动角度γ不断变大，当两个力矩平衡时，轧件停止转动，剪切过程进入到下一阶段。
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图 1 平行刀片剪切机剪切时作用的力【2】【3】
2、 冷剪机运行现状
钢轧厂轧钢棒材1-2线轧制规格由Φ10mm到Φ25mm的螺纹钢，一二线分别是两切分、四切分轧制的工艺，随着产能提升，生产节奏加快，成品后道收集压力倍增，以及国家更新螺纹钢产品质量新标准，螺纹钢经冷剪机剪切产生弯头问题显著突出。
3 冷剪机剪切弯头原因分析及应对措施
3.1 冷剪机剪切点棒材成品温度及预防措施
由材料力学可知，任何脆性断裂发生的同时，必须发生部分塑性变形，钢材的切断过程也一样。因此可认为螺纹钢在剪切过程中总共分为以下几个过程，在压入阶段，首先产生的是弹性压入，而后是塑性压入，最后是金属滑移阶段，金属产生裂纹并扩展、裂纹失稳并断裂【4】 。（1）当剪切点温度较高时，金属滑移阶段便会发生的比较晚，金属宽展现象较明显；（2）当剪切温度较低时，由于材料加工硬化，金属滑移在塑性压入阶段甚至弹性压入阶段便会发生，所以金属滑移阶段时间相对较短，断裂时的切入深度相对就较小。因此，防止冷剪机剪切弯头的出现，就需缩短金属的塑性变形时间，即减少金属的塑性压入阶段的时间，使金属的断裂尽早产生。由此可认为，降低螺纹钢的剪切点剪切温度。
轧钢生产线上配套72米步进式冷床，棒材由飞剪、加速辊道、抛钢裙板到大冷床，由收集辊道输送至定尺机，由冷剪机负责定尺剪切工作，随后成品经打包机打包转运。螺纹钢温度由抛钢点温度 900 ℃经大冷床冷却至剪切点280℃到250℃，与设计剪切参考温度200℃相差较多，由于产能与生产节奏的提升，会造螺纹钢冷却效果不佳，成品剪切时温度较高，易形成剪切弯头的情况。过高的剪切温度会产生剪切弯头及断面出现毛刺，影响成品质量；另外也会造成冷剪机滑块磨损较大，刀片消耗数量急剧上升，增加设备维修工作量。为解决剪切点温度问题，分厂通过冷床整体雾化冷却和剪切点定点冷却。通过现场测温枪长期确认数据，当螺纹钢冷却至250℃以下且平铺时满足剪切温度时，成品剪切无弯头，效果良好。
3.2 冷剪机剪切点输送辊道棒材堆叠及平铺措施
轧钢线后区收集辊道设计时，采用的收集槽使用950mm的收集辊道，如图2所示，随着产品压力的提升，加大了每一拖平台托送的成材，在输送辊道内，由于宽度不够，会导致棒材出现：（1）螺纹钢错位交叉堆叠；（2）复层堆叠等情况。在剪切点剪切时，由于受力不一致，导致剪切弯头出现。冷剪机剪刃在堆叠部位剪切时，螺纹钢堆叠部分会首先与刀片接触，因接触面积较小，刀片剪切部位产生较大的局部应力，对剪刃表面产生破坏；其次因剪切重叠处为两层，在下层剪切时便会产生塑性变形，因而产生剪切弯头。
针对此问题，我们对冷剪机剪前输送辊道进行改造，计算好平铺支数，将原设计950mm的辊道改造为1200mm的辊道，如图3所示，有效缓解堆叠问题，另外在输送系统上采用偏心辊道和堆焊不平整辊道，强化螺纹钢通过震动散开，后期在其他条件完好的情况下，解决了剪切弯头问题影响之一。
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图2
图3
3.3冷剪机刀座刀刃安装、刀刃质量问题
在冷剪机剪切工作过程中，如果刀座、刀刃安装不合理，会出现“让刀”或“撞刀”的现象，伴生产品质量问题，剪切不当造成螺纹钢成品弯头。因此，刀刃安装质量会影响成品质量好坏，如何控制好间隙尤为重要，安装间隙如下图4，仅供参考：一般情况下上下剪刃的侧隙应保持在0.2～0.5mm为宜。剪刃侧隙微量调整可通过给上剪刃加调整垫的方式来实现。一般情况下上下剪刃的重叠量应保持在5mm左右。上下剪刃在高低方向重叠量的调整也是通过加调整垫的方式来实现的。
注意：剪刃侧隙大的补偿量是由通过调节剪切箱顶部的螺杆来实现的。当贴紧滑座的铜衬板磨损后，滑座就会带着上刀架向楔块方向偏移，为了纠正该偏移就得通过调整螺杆来改变楔块的重叠量，从而达到补偿铜衬板磨损量的目的，纠正上刀架的偏移，通常刀架与铜衬板的间隙应保持在0.2~0.3mm，若通过调整螺杆无法达到该值，为了保护设备及保证棒料剪切断面的质量，则需及时更换新的同衬板。
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图4
3.4过负荷剪切与应对措施
按照剪切力和剪切温度设计要求，如图5，例如针对轧制一线棒材剪切时，Φ20mm、Φ22mm、Φ25mm三种规格辊道分别输送30/25/18支，实际过程为40/30/20支，按照实际现场支数执行时，会产生弯头，输过负荷运行，剪切力不能满足要求，会产生弯头的现象。
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图5
4 结论
通过对冷剪机剪切过程的分析，冷剪机剪切弯头主要影响因素有以下几点：（1）棒材成品剪切点剪切温度，温度过高超过设计温度作业时，极易引起剪切弯头，通过在大冷床增加雾化降温设备，有效的降低了棒材温度，同时定尺点冷却，再次降低剪切点温度；（2）剪切点输送辊道棒材堆叠情况，解决辊道宽度容量问题，可有效缓解堆叠问题，降低剪切弯头的情况发生；（3）冷剪机刀刃安装标准化过程执行，按照技术要求安装检查、可有效减少因刀刃安装不合理导致弯头问题；（4）螺纹钢超支数剪切，会因剪切力不足，造成剪切弯头；（5）另外一点设备本体也有部分影响因素，例如：铜滑块磨损，其间接影响刀刃剪切过程、其次由于剪切过程机械力引起扭曲等。对此，特设计一套可升降辊道。目前通过部分技改措施的实施，剪切弯头现象已经得到了有效改善，后续还需要对设备继续进行观察跟踪，对影响成品质量的设备问题进行持续完善。
参考文献：
【1】王廷溥主编.《轧钢生产》. 北京:冶金工业出版社,1981
【2】袁晓东.轧钢机械设备[M].中国工人出版社，2006.
【3】邹家祥.轧钢机械设备[M].冶金工业出版社，2007.
【4】王亚楠、陈树江等编著.材料科学基础---北京：冶金工业出版社，2011.8（2014.7重印）