２０２０年６月电工钢ＥＬＥＣＴＲＩＣＡＬＳＴＥＥＬ第２卷第２期Ｊｕｎ．２０２０Ｖ０１．２Ｎｏ．２·２１·冷轧硅钢成品剪切机组纵切毛刺产生原因及处理办法刘永安（武汉钢铁有限公司硅钢部，湖北武汉４３００８３）摘要：阐述了冷轧硅钢剪切机组纵切毛刺产生的原因，分析了剪刃侧隙、重叠量、剪刃精度和刃口状态和纵剪机的精度等因素对硅钢纵切毛刺的影响，提出了纵切毛刺超差的原因的处理办法：采用新型毛刺清理装置，使冷轧硅钢的成品毛刺控制在了０．０１ｍｍ以内，满足下游用户的要求，对提高剪切质量及成品率具有重要的参考价值。关键词：硅钢；毛刺；纵切；侧隙；重叠量中图分类号：ＴＧ３３３．２＋１，ＴＧｌ４２．７７文献标识码：Ｂ文章编号：２０９６—７１０１（２０２０）０２—００２１—０５ＣａｕｓｅａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｃｕｔｔｉｎｇｂｕｒｒｏｆｃｏｌｄｒｏｌｌｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌＣＳｕｎｉｔＬＩＵＹｏｎｇａｎ（ＳｉｌｉｃｏｎＳｔｅｅｌＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｃａｕｓｅｓＷｕｈａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎｂｕｒｒｏｆａｓ４３００８３，Ｃｈｉｎａ）ｓｔｅｅｌＣＳｕｎｉｔｗｅｒｅｏｆｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｃｕｔｔｉｎｇｃｏｌｄｒｏｌｌｅｄｓｉｌｉｃｏｎｄｅｓｃｒｉｂｅｄ，ｏｎｗｈｉｃｈｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈｅｄｇｅｓｔａｔｅｔｈｅｓｉｄｅｃｌｅａｒａｎｃｅ，ｏｖｅｒｌａｐ，ｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｏｆｔｈｅｃｕｔｔｉｎｇｅｄｇｅ，ａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｈｅａｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．ｅｒｒｏｒＴｈｅｎｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｄｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｃｕｔｔｉｎｇｂｕｒｒｗａｓａｐｐｌｙｉｎｇａｗａｓｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ，ｔｈａｔｄｅｓｉｇｎｅｄｎｅｗｂｕｒｒｃｌｅａｎｉｎｇｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｅｐｒａｃｔｉｃｅｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｉｎｉｓｈｅｄｐｒｏｄｕｃｔｂｕｒｒｏｆｃｏｌｄｒｏｌｌｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌｈａｓｂｅｅｎｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｉｎ１ｅｓｓｔｈａｎ０．０１ｍｍｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｎｅｗｄｅｖｉｃｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｓａｔｉｓｆｙｃｕｓｔｏｍｅｒｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ａｎｄｍａｋｅｇｒｅａｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｈｅａｒｑｕａｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｙｉｅｌｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌ；ｂｕｒｒ；１０ｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｃｕｔｔｉｎｇ；ｓｉｄｅｃｌｅａｒａｎｃｅ；ｏｖｅｒｌａｐ在冷轧硅钢的成品剪切工艺中，纵切毛刺的大小是判断剪切质量好坏的重要标志。纵切毛刺过大对产品性能和进一步深加工将产生诸多的不利影响，特别是在冷轧硅钢片的后续加工过程中，纵切毛刺过大会造成磁性恶化，叠装系数降低，噪音增加，同时也易造成层问短路，增大涡流损耗，使铁心更易发热，使电机、变压器等机电产品效率降低，严重的会造成机电产品短路和烧损。近年来，随着硅钢市场竞争的加剧，用户对冷轧硅钢成品卷纵切毛刺的要求也越来越高，有的用户甚至要求将纵切毛刺控制在１０ｔ＊ｍ以内，对剪切后的毛刺合格率造成了很大的影响，严重影响ＣＳ机组的正常生产和合同的顺利交付。因此，如何控制和减小纵切毛刺，已成为冷轧硅钢成品剪切工艺中迫切需要解决的问题。１钢带纵切变形过程及毛刺产生的原因１．１钢带纵切变形过程分析根据剪切原理，硅钢带纵切时，圆盘剪刃以相等于板带的运动速度做圆周运动，形成一对无端点的剪刃，随着剪刃的转动，上下剪刃不断切人中间的钢带，刃口距离逐渐减小，直至钢带完全切断。整个剪切过程可以分为弹性变形、塑性变形和断裂３个阶段。Ｅ１］如图１（ａ）所示，在弹性变形阶段，上下剪刃挤压硅钢钢带，使钢带产生弹性变形。在此过程中，硅钢钢带有挤靠上下剪刃侧面的趋势，随着剪刃的相互靠近，钢带的变形加大，且侧隙越大钢带的变形越大。随着剪切的进行，当钢带内应力超过弹性极限的时候，钢带变形达到屈服极限，进入塑性变形阶段，产生不可恢复的塑性变形，如图１通讯作者：刘永安（１９７３），男．工程师；Ｅ－ｍａｉｌ：１２１６８６２５３２＠ｑｑ．ｃｏｍ；收稿日期：２０２０—０４—２６２２电工钢第２卷（ｂ）所示。由于剪刃侧隙的存在，塑性变形同时伴有钢带弯曲和拉伸过程，钢带内应力不断增大，逐渐超过钢带断裂极限，开始诱发微裂纹产生。如图１（ｃ）所示，随着上下剪刃进一步切人，微裂纹前端附近依次重新产生新的微裂，并逐渐汇成主裂纹，刃口处的裂纹不断向钢带内部扩展，在侧隙合理的情况下，上下主裂纹相互重合，最终切断钢带。（ａ）弹性变形（ｂ）塑性变形（ｃ）断裂图ｌ剪切变形３个阶段１．２冷轧硅钢纵切毛刺产生的原因硅钢带的纵切就是使钢带产生的塑性变形增大到一定值时，使其断裂的过程。被剪切材料所能承受的塑性应变值不但与材料性质有关，而且与变形区应力状态及应力大小有关。在硅钢带的纵切过程中，由于材料经历了弹性变形、塑性变形、裂纹形成与扩展、材料断裂等过程，使得剪切后在剪切断面上极易产生毛刺。冷轧硅钢带纵切后，剪切断面（图２）由４个区域组成，依次为：挤压变形区（或塌角）、切断区（或光亮带）、撕断区（或断裂带）和毛刺区。正常情况下挤压变形区和毛刺区都比较小，切断层和撕断层占据了剪切断面的绝大部分。［２］．膏鬻露ａ挤压变形区（或塌角）Ｉｂ切断区（或光亮带）ｃ撕断区（或断裂带）；ｄ毛刺区图２剪切断面２影响纵切毛刺大小的因素影响纵切毛刺大小的因素很多，剪刃侧隙、重叠量、剪刃精度和刃口状态、纵剪机的精度等对切边质量都有影响，但剪刃侧隙是保证切边质量的最重要因素，起决定性作用。２．１剪刃侧隙的影响在正常剪切条件下，上下滚剪刃之间存在一定的问隙，如图３所示。侧隙合理时，上下裂纹相遇重合一线，这时切面光洁整齐，挤压变形区不大，剪切毛刺小。侧隙过大或过小，裂纹都不能很好地吻合。侧隙过小，会导致剪刃磨损严重，设备超载，刃口处的裂纹向外错开，上下裂纹包围的材料受到挤压被第二次剪切，使撕断区变大，毛刺增大；侧隙过大，刃口处的裂纹向里错开，材料受到拉伸，挤压变形区增大，切断区变小，毛刺增大。侧隙过小出现的毛刺是挤出的毛刺；侧隙过大出现的毛刺是拉出的毛刺。［３］（】：］置』）－Ｔ—Ｌ（：（）Ｊｇ一刀具间隙；ｈ一刀具重合度图３剪刃问隙和重合度剪刃侧隙通常由被剪切金属的厚度和性能确定，一般为板带厚度的３％～１０％。被剪切板带的主裂纹方向由其材料性质和侧隙的大小决定（图４）。在侧隙一定的情况下，塑性大的材料ａ值大；脆性大的材料ａ值小。这主要是因为脆性材料挤压变形区小，剪切力更容易向剪切方向传递，减小侧隙可有效缩小挤压变形区，毛刺被拉出的现象得以改善。图４剪切断面角度ａ２．２剪刃重叠量的影响剪切时，剪刃重叠量应根据带钢厚度及剪切情况进行调整，重叠量主要通过影响带钢的咬人第２期刘永安：冷轧硅钢成品剪切机组纵切毛刺产生原因及处理办法·２３·角进而影响剪切力（图５）。［４－５］图５在圆盘剪上剪切金属［Ｊ，ｉｆｌ，＇Ｊ压力图如图５所示，作用在一个剪刃上的总剪切力由两个分力所组成，即：Ｐ—Ｐｌ＋Ｐ２式中，Ｐ，为纯剪切力；Ｐ。为钢板被剪掉部分的弯曲力。而：Ｐ，一ｊｒｈｄｘ一盖卜ｄｅ一赫Ｐ—Ｐ］（１ｑ－Ｚ］ｔａｎ。ａ），０式中，ａ为咬人角，ａ值可利用平行剪单位剪切功数据；ｈ为钢带的厚度；ｄ为材料的伸长率；Ｚ。决定于被剪掉的板边宽度与板厚的比值ｄ／ｈ，当矗／九≥１５时，Ｚ１—１．４。因此，在剪切的钢带材质、厚度、切边宽度一定的前提下，剪切时的咬人角就成了影响剪切力的唯一参数，咬人角越小，剪切力越大。在能够正常Ｎ，ＴＩＪ剪切的情况下，重叠量越好，产生的毛刺就越小。一般来说重叠量太小时，接触弧长太小，会造成剪切力太大，剪刃刃口容易崩裂和磨损，缩短剪刃的使用寿命或根本无法切断钢带，造成毛刺增大；重叠量过大时，两剪刃接触弧长越大，造成切口挤压变形区增大，也会造成毛刺变大。在冷轧硅钢带的正常剪切时，咬入角一般应控制在２．５０～３。。２．３剪刃精度和刃口状态的影响纵切剪刃刀片的径向跳动和端面跳动对剪切时的剪刃侧隙和重叠量将产生直接影响，应严格控制在合格范围内。剪刃端面跳动超差会造成剪切时的侧隙超差，容易产生崩刃，造成毛刺增大；径向跳动超差，会造成剪切时的重叠量超差，也会产生较大毛刺；刀具刃角超过９０。，剪切时会产生毛刺变大，甚至会产生翻边现象。２．４纵剪机精度的影响纵剪机经过多年运行后，由于装卸和调整刀具的需要，以及两刀轴问的距离不断调整，会造成刀轴的磨损，两刀轴问的平行度和垂直度发生变化，刀轴的轴向和径向跳动增大，从而造成剪切时剪刃侧隙和重叠量等发生变化，引起剪切毛刺增大。２．５纵切毛刺超差的原因通过对影响切边毛刺大小因素的分析可知，造成纵切毛刺超差主要有以下原因：１）在更换调整剪刃时，剪刃侧隙，重叠量不合理，过大或过小。２）剪刃的制造和磨削精度不高，刀片的径向跳动和端面跳动过大，刀具刃角超过９０。。３）纵剪机的精度下降，刀轴的直径、平行度、垂直度超差，刀轴的轴向和径向跳动过大。３纵切毛刺超差的处理办法通过对纵切毛刺产生原因及影响因素的分析可知，要将硅钢成品卷的出厂毛刺控制在１０／ｚｍ以内，有两种途径：一是在确保剪切设备精度的前提下，通过精心操作、合理设置侧隙值和重叠量，来减小纵切毛刺；二是在纵切后加装毛刺清理装置，对纵切毛刺进行清理。３．１提高纵剪设备精度纵剪机是剪切机组的关键设备，其精度是确保纵切质量，减小纵切毛刺的基础。硅钢成品卷因厚度薄，剪切时剪刃侧隙和重叠量可调节范围小，因此对纵剪设备的精度要求很高，具体如下：刀轴的轴向窜动间隙：ｏ～ｏ．００５ｍｍ刀轴的径向跳动：Ｏ～０．００５ｍｍ剪刃组装在刀轴上的端面跳动：≤ｏ．００５ｍｍ剪刃组装在刀轴上的径向跳动：＜０．０１ｍｍ上下剪刃的侧间隙差值（４点）：＜ｏ．０１ｍｍ上下剪刃重叠量的差值（４点）：＜ｏ．０１ｍｍ剪刃的平行度：＜ｏ．００５ｍｍ剪刃两侧的平面度：≤０．００５ｍｍ剪刃的外圆径向跳动：≤ｏ．００５ｍｍ剪刃磨削后刃角需小于９０。（小０．５０～１。）３．２合理设置侧隙值和重叠量由影响切边毛刺大小因素的分析可知，剪刃侧隙由被剪切金属的厚度和性能确定。通过力学性能检测可知，武钢冷轧硅钢成品的抗拉强度范围为：３００～６００Ｎ／ｒａｍ２，牌号越高，抗拉强度越大，脆性越大。为此，剪切时，间隙值应设置为板厚的６％～１０％为最佳。根据上述分析及生产实际，针·２４·电工钢第２卷对武钢硅钢成品厚度，推荐合理侧隙值见表１。表１推荐的合理侧隙值下剪刃的重叠量应不大于硅钢带板材厚度的一半，搭接弦长视剪刃外径大小应控制在１０～１４ｍｍ。３．３设计使用新型毛刺清理装置在实际生产中，通过对设备精度的恢复提高和合理设置剪切时的侧隙值和重叠量，可以发现，要将纵切毛刺控制１０ｆｆｍ以内依然十分困难，甚至会出现一组新剪刃平均剪切不到２０ｔ，毛刺就会超标的现象，造成剪刃的磨削量和工人的劳动强度成倍增加，机组的有效作业率大幅度下降。调整间隙时，在刀具圆周方向上，检查应不少于４点，剪切同等厚度的硅钢，牌号越高，问隙值越大。间隙调整均匀一致后手动慢慢旋转刀具一周，检查有无磕碰现象。同时，为了将咬人角控制在２．５０～３。之间，上因此，要想将纵切毛刺控制在１０ｆｆｍ以内，还必须做好纵切后毛刺的清理工作。为此设计开发了一种清理带钢边部毛刺的简易装置，如图６所示。（ａ）清理装置结构示意图（ｂ）图（ａ）中摆臂示意图（ｃ）图（ａ）俯视图（ｄ）图（ａ）中凹槽形滑道示意图图６带钢边部毛刺清理装置简图此带钢边部毛刺清理装置主要由底座滑道系统５、６、７，横移调节机构８、１２、１３、１４，压辊及压力调节机构１、２、３、４、９、ｉ０、１６、１７、１８，刮削装置１１、１５等构成。该装置加装在纵剪机出口与２号活套之间，带钢边部经过纵剪机剪切后，先在该装置的刮削剪刃上经过，借助带钢自重压力，使刮削剪刃不断将带钢边下部的毛刺刮掉，然后钢带边部经过压辊，将纵切时边部产生的变形区压平，从而达到去毛刺的目的。该装置主要有以下技术特征：１）通过调整横移装置，实现根据不同的剪切板宽调整去毛刺装置开闭。２）通过调整刮削剪刃的倾斜角度，实现根据刮削毛刺效果改变刮削角度，确保刮削剪刃刃口与运行中带钢边部的毛刺只发生点接触，实现只刮去毛刺，而又不损伤本体的目的。３）刮剪托盘的前后倾斜角度为１０。～６０。，左右倾斜角度为２０。～８０。，同时要及时清理托盘上的刮下毛刺，避免对带钢表面产生划伤。４）通过调整上压辊的压力调节机构，实现根据纵切变形区的大小调整压辊的压力。５）定期测量毛刺，发现效果不佳时，可及时调第２期刘永安：冷轧硅钢成品剪切机组纵切毛刺产生原因及处理办法·２５·整或更换刮削剪刃和压辊，确保纵切毛刺达到要求。６）该装置简便易行，灵活多变，针对不同来料情况和需求，刮削和压辊装置既可同时使用，也可单独使用。同时，针对不同的机组可采取不同的方式，既可将两边的装置安装在同一套装置上，也可对两边作分别处理。７）该装置与现有技术相比，增加了边部刮削装置，改变了现有单纯去毛刺辊只是压毛刺的现状，去毛刺效果更明显。８）刮削剪刃可由纵剪机使用后的废旧剪刃代替，也可用其他相近材质的物品代替（如：合金剪刃、碎边剪刃等），成本低廉，而且刮削装置的安装，使去毛刺辊磨损减小，使用和更换周期提高３倍以上，大大降低了备件成本，降低了人力、物力、财力的消耗，提高了工作效率。９）该装置不仅可用于去除带钢边部的纵切毛刺，还可用于去除其他金属材料的边部毛刺。此装置经在某ＣＳ机组加装试用以后，去毛刺效果明显，机组的成品毛刺由加装前的２０～３０Ｆｍ成功控制在１０肚ｍ以内，满足了用户的要求。４结论通过对纵切原理、纵切后毛刺产生原因及处理方法的分析和应用，得出如下结论：１）纵切毛刺的大小取决于剪刃侧隙，重叠量，剪刃精度和刃口状态，纵剪机的精度等影响因素。２）在提高设备精度、合理调节剪刃侧隙和重叠量的前提下，通过采用新型带钢边部毛刺清理装置，可以将纵切后的硅钢成品毛刺控制在１０Ｍｍ以内。［参考文献］［１３吴志生，尚继东，袁长泽．冷轧板带切边变形过程及其影响因素［Ｊ］．轻合金加工技术，２００１，２９（１２）：２３进ＥＪ３．山东冶金，２００７，２９（３）：７１—７２．［３］陶有能．切边圆盘剪设计［Ｊ］．华中科技大学学报：城市科学版，２００６，２３（Ｓ２）：７７７９．２４．［２］王永强，孙清泉，董凯，等．圆盘剪间隙调整及切边质量改［４］文庆明．轧钢机械［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００４：１７７１８１．［５］邹家祥．轧钢机械［Ｍ］．修订版．北京：冶金工业出版社，１９９５：２９０２９５．Ｅ６３张文辉，刘永安，孙祥圣，等．带钢边部毛刺清理装置：２０１１２００５１６８６．９ｒＰ］．２０１１１０１９．版权申明对本刊录用的稿件，其作者须保证拥有该稿件的全部版权，并同意在本刊发表。作者应保证论文是作者创作的原创性作品，未曾发表；不涉及侵权和泄密问题；保证论文没有一稿多投；保证论文的署名权无争议。若发生问题，一切责任由作者承担，文责自负。稿件一经发表，视为作者将该论文的专有许可使用权（复制权和发行权）、汇编权、翻译权、信息网络传播权和著作权中的财产权（即含各种介质、媒体，以各种语言、各种形式出版的使用权）在该论文著作权保护的有效期内在全世界范围内授予《电工钢》编辑部。本刊所付一次性稿酬已包括上述各种稿酬，若编辑部再以其他形式出版该论文，将不再支付作者稿酬。本刊编辑部
