圆盘剪剪切机理分析及应用探讨

圆盘剪剪切机理分析及应用探讨

摘要圆盘剪是酸洗机组上的关键设备之一，其主要作用是通过对带钢设定宽度的精确剪切并控制边部缺陷，为轧机的轧制提供一定的保障。切边质量的好坏直接影响产品的质量等级、产量，甚至产品的报废。因此，本文分析了圆盘剪剪切机理及应用。

关键词切边；圆盘剪；边部质量

1 圆盘剪的剪切机理分析

圆盘剪剪切钢板时，刀盘以相等于带钢运动速度做圆周运动，形成一对无端点的剪刃。板带剪切过程是上下刀的刃口距离随着刀盘不断转动逐渐减小，中间的板带被刀片不断地切入，使板带材料发生变形，最终被完全切断的过程[1]。

板带剪切过程可分为弹性变形、塑性变形和断裂分离3个阶段。按现代金属物理学的观点，金属内部存在大量的位错，金属塑性变形的实质就是位错的运动，材料的屈服极限就是开动位错使之运动所需的临界应力值。材料内部的位错数量越多，开动位错就越困难，屈服极限也就越高。位错运动的结果是使位错数量增加、位错堆积，增加了进一步塑性变形的困难，因而材料的屈服极限提高。当位错堆积、增加到一定程度时，如果继续加大应力值，则会在位错的堆积处产生裂纹，金属就会断裂分离。

弹性变形阶段，上、下刀盘与板带接触并挤压，板带产生弹性压缩且有穹弯，略有材料挤靠上、下刀盘侧面的趋势，随着刀盘的相互靠近，穹弯愈加严重，侧向间隙越大，穹弯越大，此时应力未超过材料的弹性极限，一旦上、下刀盘分离，则板带可恢复原形。正是由于穹弯的存在，带钢经后两个阶段时将会有反弹而挤压摩擦刀盘，对其边部造成一定的不利条件，如图1（a）示意。

塑性变形阶段，随着上、下刀盘的靠近，板带变形达到材料的屈服极限，部分材料被刀盘侧面挤压，产生塑性变形，得到光亮的剪切断面，由于侧向间隙的存在，塑性变形的同时还伴有材料的弯曲和拉伸，剪切继续进行，材料内应力不断增大，在刃口处由于应力集中，此处的最大内应力超过材料的断裂极限，开始出现微小裂纹，如图1（b）所示。

断裂分离阶段，随着上、下刀盘切入材料的深入，刃口处的裂纹不断向材料内部扩展，在侧隙合理时，上下裂纹最终将相互对接，材料随即断开，得到带钢的剪切断面。断裂后的边部在穹弯作用下反弹。剪切断面如图1（c）所示。

2 剪切质量的探讨及应用

2.1 弹性阶段的穹弯问题

穹弯在切断带钢后将出现一定程度的反弹，原本带钢在塑性变形时由刀盘剪切滑移所得的断面非常光滑，而反弹后的光滑面会出现二次与刀盘接触摩擦，所以在图1（b）、（c）中表示的切断区出现层层竖状条纹，实际切断条纹如图2（b）所示。图2（a）中所示的横向灰白相间的沟壑纹路为带钢塑性变形硬化后经穹弯作用反弹接触刀盘，二次与刀盘摩擦硬化所致，对于轧制非常不利。断面条纹和不规则断裂边界组成了轧后的带钢边部效果，如图2（b）所示，超限轧后带钢边部变成坑点状裂边。

此情况也是引起剪刃崩刃的原因之一，为消除二次加工硬化问题，首先将剪刃布置为八字，使剪切后的刀片让出反弹空间。八字调整方案为单侧约2mm/1000mm左右，视设备安装精度关系略有偏差，剪刃布置如图3所示。

2.2 塑性、断裂阶段的问题

带钢的塑性变形过程是金属内部开动位错的过程。此过程与刀盘的侧隙有相应的联系，当刀盘侧隙值大时，上下刀盘间的金属内部位错累积偏多，带钢的屈服强度也相应偏高，剪刃对带钢材质的加工硬化程度也偏高，带钢塑性降低，在轧制过程中更容易出现裂边。故在侧隙允许范围内，侧隙应选偏小值。

2.3 带钢本身软硬程度的影响

由于原材料带钢材质的软硬程度会有偏差，造成其各个阶段的变形程度也不一样，材质偏硬的带钢其剪刃侧隙应适当放大一些，材质偏软则侧隙减小。大的侧隙可以使撕裂层相对较厚，其强度更接近母材本身，受加工硬化的程度将变小。

2.4 外界条件的影响

除去剪切的因素，还存在外部条件的影响，例纠偏系统、板形等。带钢本身大的浪边、镰刀弯等，会使纠偏机构的偏转加大，尤其是在纠偏过程中对于带钢的左右偏转会对剪刃施加一个交变的横向作用力，容易使剪刃崩刃。纠偏系统的灵敏程度也会对带钢剪切造成影响。正常情况下纠偏机构使得帶钢处于圆盘剪中位进入剪切，当带钢停止运动时，纠偏系统不再有纠偏动作且带钢刚好处于中位。此时若系统过于灵敏，即使带钢保持中位不动，纠偏系统仍为不停地左右抖动状态，则会造成切断裂纹更加无序扩散、剪刃承受更复杂的交变作用力，其后果就是剪切断面更加不平，存在沟壑，甚至剪刃崩刃。

3 结束语

对剪切过程的机理进行分析，总结了剪切过程中各种不利因素，简述了各因素与剪刃侧隙的变化关系，探讨了应对措施，应用效果良好。

参考文献

[1] 陈东文，黄贞益，郝震宇，等.圆盘剪剪切工艺优化研究[J].轧钢，2015，

32（2）：90.