厚板剪切缺陷分析及改善措施_张家文.pdf

2023 年第 3 期宝钢技术厚板剪切缺陷分析及改善措施张家文，曹育盛，俞慧(宝山钢铁股份有限公司厚板事业部，上海201999)摘要:剪切是厚板生产工序中非常重要的一环，剪切缺陷直接影响成品钢板质量。首先对滚切式剪切机剪切机理进行了简要说明，然后结合5 m 厚板生产实际，分析了废边压入、塌边、错刀和毛刺压入 4 种主要缺陷产生原因。确定了影响缺陷的主要因素为剪刃间隙和钢板跑偏，并提出改进措施，通过试验验证效果良好，为提高厚板剪切质量提供相关参考。关键词:厚板;剪切缺陷;改善措施中图分类号:TG333 2+1文献标志码:B文章编号:10080716(2023)03007105doi:10 3969/j issn 10080716 2023 03 014Analysis and improvement measures of shearing defects of heavy platesZHANG Jiawen，CAO Yusheng and YU Hui(Heavy Plate Business Unit，Baoshan Iron Steel Co，Ltd，Shanghai 201999，China)Abstract:Shearing is a very important part in the production process of heavy plates Shearingdefects directly affect the quality of the finished steel plate In this paper，the shearing mechanism ofthe rolling shear machine is briefly explained，and then combined with the production practice of the5 m heavy plate，the causes of four kinds of defects such as waste edge pressing，turned-down edge，missed cutting line and burr pressing are analyzed It is determined that the main factors affecting thedefects are the knife gap and the running-off of the plate，and the improvement measures are putforward The experimental results show that the effect is good，which provides a relevant reference forimproving the shearing quality of heavy platesKey words:heavy plate;shearing defect;improvement measures张家文硕士1996 年生2021 年毕业于东北大学现从事厚板剪切工艺技术工作电话26644596E-mail702948 baosteel com钢板剪切是对轧制后钢板进行切头、切尾、切边、剖分、定尺及取样。宝钢5 m 厚板剪切线共有4 台剪切机(横切机和纵切机各 2 台)，均为滚切式，按照先后顺序分别为切头剪、双边剪、剖分剪、定尺剪，其中双边剪和剖分剪为组合式，可同时对钢板进行切边和剖分。钢板剪切时发生的缺陷包括毛边、塌边、剪裂、压痕、接痕及形状尺寸和形状精度不符合要求等。产生这些缺陷的影响因素很多，本文将结合生产实际情况，分析讨论 5 m 厚板剪切主要缺陷的影响因素及改善措施，提高厚板剪切质量稳定性。1滚切机剪切原理1 1剪切机理剪切过程由压入变形和剪切滑移两个阶段组成，剪切过程经过科学试验和实际生产验证，其实质是金属塑性变形过程。如图 1 所示，当上剪刃下移与钢板接触后，剪刃开始压入钢板，由于力 P 在开始阶段比较小，在钢板剪切断面上产生的剪切力小于钢板本身的抗剪能力，因此钢板只发生局部塑性变形，这一阶段称为压入变形阶段。随着上剪刃下移量增加，钢板压入变形增大，P 也不断增加。当剪刃压入17宝钢技术2023 年第 3 期到一定深度，即 P 增加到一定值时，钢板的局部压入变形阻力与沿剪切断面的剪切力达到相等，剪切过程处于由压入变形阶段过渡到剪切滑移阶段的临界状态。当剪切力大于钢板本身的抗剪能力时，钢板沿剪切面产生相对滑移，开始真正剪切，这一阶段称为剪切滑移阶段。在剪切滑移阶段，由于剪切断面的不断减小，剪切力也不断变小，直至钢板的整个截面被剪断为止，完成整个剪切过程。1 2滚切过程滚切式剪切机用来剪切厚钢板，具有剪切质量好、剪刃划伤和磨损小、可以保证钢板平直度、剪切效率高等优点1。如图 2 所示，具有弧形刀刃的上刀台由两根曲轴带动。由于两根曲轴相位不同，使弧形刀片右端首先下降，直到与下刀片右端相切。然后，上刀片沿下刀片滚动，当滚动到与下刀片左端相切时，完成一次剪切。图 1剪刃剪切示意图Fig 1Schematic diagram of cutting edge shearing图 2滚切式剪切过程Fig 2Shearing process of rolling shear滚切式剪切机的弧形上刀刃是在平直的下刀刃上滚动剪切的，上刀刃相对钢板的滑动量小，钢板划伤小。而且，上下刀片的重叠量可根据被剪切的钢板厚度调整，可以保证钢板平直度，切下的板边弯曲也较小。2剪切质量缺陷根据实际生产经验，宝钢 5 m 厚板目前纵切剪造成缺陷比例通常高于横切剪。图 3 是某月剪切缺陷发生率占比，可以看出，剪切产生的缺陷主要集中在剪切废边压入、塌边、双边剪错刀、双边剪毛刺压入。图 4 为几种缺陷的实物照片。2 1剪切废边压入剪切废边压入是指钢板表面呈现长条状压痕，缺陷通常发生在钢板上表面，带有冷态压痕特征，如图 4(a)所示。废边压入产生的原因:剪刃不平行度偏大，导致剪切前后两刀之间错开，产生废边，在连续剪切过程中被压板或夹送辊压入钢板表面。剪刃间隙大。钢板跑偏影响造成切边量变小产生废边压入。图 3剪切缺陷发生率占比Fig 3Proportion of shearing defect incidence27张家文等厚板剪切缺陷分析及改善措施图 4部分剪切缺陷实物照片Fig 4Physical photos of partial shearing defects2 2塌边塌边是指钢板剪切断面呈现上部下塌、下部突起的形状。具体形貌特征如图 5 所示。图 5塌边缺陷示意图Fig 5Schematic diagram of turned-down edge塌边产生的原因有:钢板跑偏导致切边余量不够，无法满足正常剪切，钢板边部机械性撕下，呈“L”形状。剪刃间隙大，导致钢板剪切时产生的剪切力矩增大，同时上剪刃内侧与钢板边缘侧面的摩擦力产生的摩擦力矩也较大，从而引起的弯曲变形也较大。在这两个相对都较大的力矩作用下，钢板边缘产生较大的弯曲变形，具体表现在钢板的边缘是拉断而不是切断，产生塌边剪切缺陷2。剪刃钝化或钢板强度较高造成剪切抗力较大，剪切困难。2 3双边剪错刀错刀是指钢板边部剪切位置发生偏移，导致钢板边部剪切不齐，出现较明显的台阶，使钢板边部断面的剪切平直性受到破坏，如图 4(b)所示。错刀发生在钢板头尾的可能性较大，但也可能发生在钢板中间。此外浪形严重的钢板出现错刀的概率也较大。根据目前生产发现，错刀缺陷往往发生在薄规格钢板(厚度通常为 12 mm 以下)，也受来料钢板板形影响。错刀产生的原因为钢板在剪切过程中出现跑偏，导致两次剪切的切断面不在同一直线上。2 4双边剪毛刺压入剪切毛刺压入是指钢板表面呈直线细条状的冷态压痕，其特征是缺陷区域往往可见未掉落或残留的剪切毛刺，如图 4(c)所示。双边剪毛刺一般位于钢板两侧边部约 400 mm 范围内，缺陷大多发生于钢板上表面，同时带有明显冷态压痕的特征。毛刺压入产生的主要原因有:剪刃间隙设定过小及剪刃平行度不佳等，导致钢板剪切时出现毛刺残留，并被上剪刃带至钢板上表面，再被夹送辊或压板压入钢板表面。钢板跑偏导致重复剪切区域出现细条状毛刺被切下，运行过程中经压板或夹送辊后压入钢板表面。钢板剪切温度高或硬度高，导致钢板弹塑性变形异常，裂纹不能正常产生，钢板边部被较大的剪切力撕裂，导致毛刺严重。切边量小和剪刃钝化导致剪切过程压入变形比正常剪切大，滑移断面小，两刀边部变形不一致，导致剪切轨迹不在同一直线而产生毛刺 3。3预防措施根据以上分析，影响 5 m 厚板剪切质量的主要因素为剪刃间隙不合，以及钢板跑偏等，针对以上剪切质量缺陷，在实际生产中采用以下预防措施。3 1剪刃间隙调整剪刃的侧向间隙(图 6)是影响钢板剪切质量的重要因素，同时也关系到剪切力的大小及剪刃寿命4。从实际情况看，间隙太小会造成毛刺，另外也会加大剪刃与钢板断面之间的摩擦，导致剪刃磨损严重;而间隙太大会造成塌边、剪切废边压入、接痕等缺陷。剪刃间隙大小与来料钢板厚度及力学性能相关，通常合理设计是将剪刃间隙设置为可调节。5 m 厚板4 台剪切机均配置了剪刃间隙调节装置。横切剪剪刃间隙通过交流电动机带动蜗轮减速37宝钢技术2023 年第 3 期图 6剪刃侧向间隙示意图Fig 6Schematic diagram of lateral clearance of knife机，然后带动丝杆和斜楔调整剪刃间隙斜楔实现;纵切剪剪刃间隙通过电动机带动蜗轮蜗杆调节安装在剪切滑板上的偏心轴实现。5 m 厚板剪机剪刃间隙大小调节范围见表 1。表 1剪刃间隙调节范围Table 1Adjustment range of knife gap单位:mm横切剪(切头剪/定尺剪)纵切剪(双边剪/剖分剪)0 5 7 005 45相关文献表明，最佳剪刃间隙与钢板厚度基本上呈现线性关系5 7。5 m 厚板也采用类似思路，以双边剪为例，其剪刃间隙设定值 S 如表 1 所示。当出现剪切断面质量不良，剪刃间隙调整采用如式(1)的公式:间隙修正值=SC+T(1)式中:S 为剪刃间隙设定值;C 为修正系数，当屈服强度为 400 1 200 MPa 时，取值范围为 0 6 1 0;T 为修正值，取值范围为 0 2 0 mm。另外，实际生产中还需要考虑的因素:当剪切钢板温度较高时，适当减小剪刃间隙;根据剪刃磨损情况适当调整间隙大小，当剪刃刀口钝化，适当减小剪刃间隙。3 2钢板跑偏调整通过上文分析，当钢板剪切过程中发生跑偏会造成钢板出现塌边、错刀、毛刺等质量缺陷。而影响钢板跑偏最主要的因素就是夹送辊装置。双剖组合剪共有 3 对夹送辊，双边剪固定侧和移动侧机架前后各设有 1 对夹送辊，剖分剪出口设有1 对夹送辊，每对夹送辊分为上夹送辊和下夹送辊，如图 7 所示。固定侧夹送辊在剪切时夹紧并输送钢板，移动侧夹送辊随移动剪一起进行位置调整。3 对夹送辊相互配合，控制钢板跑偏。图 7夹送辊位置布置示意图Fig 7Schematic diagram of pinch roll position layout在实际生产中，针对钢板跑偏主要考虑几个方面的预防措施:(1)夹送辊同步性。双边剪固定侧和移动侧的上夹送辊由电动机传动并由电气实现同步。固定剪和移动剪的前部两个下夹送辊之间和后部两个下夹送辊之间设有同步杆，由电气和机械保证其同步。如果夹送辊输送钢板过程中无法保证两侧同步，即两侧夹送辊与钢板接触时的线速度不同，就会使剪切前后两刀轨迹不在同一直线上，产生缺陷。因此为保证其同步性，一方面需要确保夹送辊转速同步，另一方面要确保夹送辊辊径精度控制在标准误差内。(2)夹送辊位置精度。夹送辊的位置精度主要包括倾角、标高及平行度。如图 8(a)所示，两侧夹送辊倾角不一致会导致钢板受到的夹紧力不同，发生跑偏。如图 8(b)所示，两侧夹送辊标高偏差较大时，会使钢板在剪切机入口和出口发生偏斜造成跑偏。如图 8(c)所示，平行度即两侧夹送辊距离差及与剪刃中心线距离差，平行度不一致时会导致钢板在前进过程中发生偏移。因此要根据实际跑偏情况灵活调整倾角、标高和平行度，使钢板前进轨迹与剪刃平行。(3)夹送辊前后辊道辊径差。由于剪切线来料钢板宽度不同，随着生产进行，辊道会存在不同程度的磨损。如图 9 所示。D0、D1、D2为辊子不同位置辊径。若辊道上存在辊子辊径横向不一致，出现偏差，就会导致钢板夹送的入口和出口处，辊道对钢板夹送速度在横向分布不一致，造成跑偏 7。因此需要定期测量辊道辊径，发现辊径偏差较大的辊子需及时更换。根据以上措施，通过对夹送辊平行度、夹送辊标高及垂直方向倾角调整，跑偏情况得到改善，基本控制在 15 mm 以内，同时降低了相应缺陷发生率，如图 10 所示。47张家文等厚板剪切缺陷分析及改善措施图 8夹送辊位置精度Fig 8Position accuracy of the pinch roll图 9双边剪前后辊道辊径偏差Fig 9Deviation of roller diameter before andafter the double side shear3 3防止压入类缺陷从降低夹送辊导致的废边、毛刺类压入等缺陷角度入手，可以在夹送辊处增加清扫和铲除装置。通常在夹送辊处有空气吹扫装置，但实际应用效果并不理想，只对一些小毛刺和氧化铁皮起作用。对于黏附物，可以在 2#夹送辊前安装钢刷来清扫异物，另外可以考虑安装铲除装置来清除钢板表面毛刺及防止异物压入，如图 11 所示。图 10调整前后对比Fig 10Before and after adjustment图 11夹送辊异物清除示意图Fig11Schematic diagram of foreign body removal of the pinch roll4结论(1)结合宝钢 5 m 厚板实际生产情况，分析了剪切废边压入、塌边、双边剪错刀、双边剪毛刺压入 4 种主要缺陷产生的原因，明确了影响缺陷产生的主要因素为剪刃间隙和钢板跑偏。(2)针对剪刃间隙和钢板跑偏提出了相应预防改进措施，明确了剪刃间隙修正公式，分析了夹送辊对跑偏的影响，并制定相应调整措施，通过实际验证，效果良好。参考文献1邹家祥 轧钢机械 M 北京:冶金工业出版社，1989:2882张永生，黄远坚 滚切式剪机剪刃间隙调整经验公式的探讨 J 南方金属，2000(6):11 153许中华 剪切毛刺压入缺陷产生机理及对策措施C/2009 年全国中厚板生产技术研讨会论文集 北京:中国金属学会，2009:61 634徐善敏 宝钢 5 m 宽厚板轧机剪切线设备与剪切质量的相关因素 J 宝钢技术，2005(2):34 375张永生，黄远坚 滚切式双边剪和定尺剪剪刃间隙调整公式探讨 J 轧钢，2000，17(4):54 566尹训强，尚超提高钢板剪切质量的工艺研究及生产应用 J 科技信息，2010(18):3827贾斌，彭艳，俞之光，等 宝钢厚板厂滚切式双边剪剪切质量的改善J 钢铁，2009，44(6):60 64(收稿日期:2022 11 21)57