劉勝利 胡 毅

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

浙江永杰鋁業(yè)的1850 mm(1+3)熱連軋生產(chǎn)線，是我公司第一條自主設(shè)計制造集成的鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線于2013年正式投產(chǎn)。圓盤剪作為熱連軋生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一。

鋁合金板帶在軋制過程中，由于牌號原因，有些牌號的鋁合金熱軋時塑性低；或者軋制時的溫度控制問題，若控制不當(dāng)超出范圍，使其塑性降低；道次壓下量過大或軋制速度過快，均有可能造成軋制時的板帶材產(chǎn)生裂邊現(xiàn)象。為了保證后續(xù)鋁加工流程的順利進行，在精軋機組之后，一般均配置了用于裂邊剪切的圓盤剪。

1 圓盤剪結(jié)構(gòu)

圓盤剪主要由底座裝配、圓盤剪本體、導(dǎo)向裝置、主傳動系統(tǒng)等幾個主要部分組成，如圖1。圓盤剪本體包括機架和上下刀軸裝配，圓盤剪本體操作側(cè)和傳動側(cè)各一個，對稱布置，工作時由電機通過傳動系統(tǒng)和傳動軸驅(qū)動進行剪切。

1—傳動系統(tǒng) 2—底座 3—圓盤剪機架4—導(dǎo)向裝置 5—圓盤剪本體圖1 圓盤剪結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Disc shear structure

圓盤剪還包括開口度對中調(diào)整裝置、剪刃側(cè)隙調(diào)整裝置和剪刃的重合度調(diào)整裝置以及其它輔助裝置。

2 圓盤剪主要技術(shù)參數(shù)

剪切帶材厚度：2.0～10 mm

剪切帶材寬度：950～1750 mm

圓盤剪刀盤直徑：?610 mm

最大開口度：1900 mm

最小開口度：750 mm

圓盤剪的基本參數(shù)主要包括剪切力、剪刃重合量、側(cè)向間隙、刀盤直徑、刀盤厚度等。

(1)刀盤直徑和厚度的選擇

刀盤直徑和厚度的選擇可以按照文獻資料推薦的厚度與直徑的對照表進行選擇，也可以按照推薦的計算公式進行計算和選擇。

刀盤直徑D、被剪切件的厚度h、刀盤重合量S和咬入角α之間有如下關(guān)系：

刀盤重合量S按圖2刀盤重合量、側(cè)向間隙與板帶厚度的關(guān)系曲線進行選取。

通常取咬入角α=8°～12°，從公式(1)中可以看到，被剪切件的厚度h對刀盤直徑的影響較大，而咬入角α與板帶厚度和剪切速度均有關(guān)系，計算時忽略其影響，按平均數(shù)值進行計算，可以得到刀盤直徑的選擇范圍為190～543 mm。而文獻資料推薦的值為600～700 mm。設(shè)計時結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)和實際經(jīng)驗取值為610 mm。

(2)刀盤重合量的選擇

刀盤重合量與剪切時的鋁帶材厚度有關(guān)，可以參照文獻資料推薦的刀盤重合量、側(cè)向間隙與板帶厚度的關(guān)系曲線進行選取，如圖2所示。

圖2 刀盤重合量、側(cè)向間隙與板帶厚度的關(guān)系曲線Figure 2 Relationship curves of disc overlap amount, side clearance and sheet thickness

刀盤重合量隨著材料厚度和材質(zhì)的不同而有不同的最佳工藝數(shù)值，這些需要在實際生產(chǎn)中不斷進行總結(jié)和優(yōu)化，在生產(chǎn)過程中通過對積累的工藝數(shù)據(jù)進行綜合分析，得到適用于滿足不同要求的數(shù)值。

3 主要參數(shù)計算

圓盤剪刀盤上的作用力簡圖如圖3所示，圓盤剪的剪切力一般按諾沙里公式進行計算，即

對于圓盤剪可建議取ε=1.25δ5，系數(shù)取Z1=1.4，則上式簡化為：

式中，ε為相對切入率；α為剪切角；S為上下刀盤的重合量；δ5為被剪切金屬試樣斷裂時的相對伸長率。

剪切角可按下述公式計算：

圓盤剪剪切力的計算，結(jié)合生產(chǎn)實際需求，選取了幾個不同系列的典型合金品種進行計算，見表1，包括2xxx系合金(Al-Cu-(Mg)系合金)、5xxx系合金(以Mg為主要添加元素的合金，抗蝕性好)、7xxx系合金(Al-Zn-Mg系合金)作為代表進行計算，以確定合理的剪切力數(shù)值。作為后續(xù)計算圓盤剪刀軸力矩和驅(qū)動電機功率的依據(jù)。

圖3 圓盤剪刀盤上的作用力簡圖Figure 3 Shear disc efforts

材料的性能按溫度在250℃左右選取，考慮到鋁合金的延展性比較好，按照《有色金屬材料工程》手冊中提供的伸長率的數(shù)據(jù)替代δ5進行計算。

從表1中計算數(shù)據(jù)可以看到：

(1)圓盤剪剪切力的大小與材料的強度極限和伸長率均有關(guān)系。

(2)帶材厚度的變化對剪切力的影響很大。

4 總結(jié)與展望

隨著我國對鋁加工裝備自主創(chuàng)新能力和技術(shù)水平的不斷提高，對圓盤剪的技術(shù)水平和綜合能力要求會更高。今后剪切技術(shù)的發(fā)展將主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)高精度

要實現(xiàn)高精度，就要從設(shè)計、制造、自動化到安裝整個流程高要求。圓盤剪的設(shè)計結(jié)構(gòu)要進行優(yōu)化設(shè)計，主要關(guān)鍵零部件的制造質(zhì)量、精度和自動控制的精度要得到保障和提高，才能滿足圓盤剪的高精度要求。

(2)高速度

高速度的要求是鋁加工提高生產(chǎn)率的要求，也是軋機速度提高對配套設(shè)備的必然要求。

(3)高適應(yīng)性

應(yīng)用于鋁熱軋圓盤剪的技術(shù)要求和能力必須適用鋁加工產(chǎn)品的生產(chǎn)特性，品種多，材料性能差異大，以及對剪切厚度增加的要求。

公司自主設(shè)計的1850 mm鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線，圓盤剪是其中一個關(guān)鍵設(shè)備，從其投產(chǎn)后的使用效果來看，滿足了設(shè)計要求，也保證了鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線的順利運轉(zhuǎn)。1850 mm鋁板帶熱連軋生產(chǎn)線采用了先進軋制技術(shù)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。該生產(chǎn)線的投產(chǎn)，為我國鋁板帶產(chǎn)品質(zhì)量的提高提供了重要的技術(shù)支撐。