关于钢板分条机圆盘剪“配刀方法”的初探.doc

关于钢板分条机圆盘剪“配刀方法”的初探徐鸿斌杭州宝井钢材加工配送有限公司摘要：本文叙述了精密分条圆盘剪的配刀方法；这种方法突破了目前国内钢材加工剪切行业中基于非精密圆盘剪的传统配刀思路，对从事钢板剪切工作的领导层和工程师在采购和使用时都很有帮助。关键词：钢板剪切；分条圆盘剪；配刀软件；间隙目前，在各钢厂精整生产线，钢材剪切加工中心中常因规格和品种的变化，需要经常更换分条机上圆盘剪，复合橡胶环和定距环的配置。此外，用户在添置新的分条机时，也常会遇到怎样购置第一批工装的问题。由于投资有多有少，分条机水平有高有低，产品档次、经营思路等各不相同；因此，用户常会对工具的配置产生各种疑虑和困惑。本文将在此对刀具配置问题作进一步的探讨。1，冷轧薄钢板精密剪切的基本单元冷轧薄板由上下圆刀滚剪而成条状，剪切行业一般称宽的那部分单元为雌刀单元，而插在其中窄的那部份单元为雄刀单元。雌刀和雄刀两个基本剪切单元，交替地分布在上下刀轴之间.每个基本单元的宽度常由四部分组成：两把圆刀、上下刀问的间隙、复合橡胶隔离圈、定距环。如前文所述，为了在配置时获得正确的侧间隙和宽度精度，精密圆盘剪的精度应达到以下要求，平行度：0.002mm、平面度：0.002mm、宽度+/-0.001mm，乃至+/-0.0005mm，而国内一些圆盘剪的公差还停留在0.0lmm，或稍好些的(甚至于包括一些进口的）仍然在0.005mm的水平上。由于精度不同，配刀的思路就各不相同。1.1精度差的圆盘剪的配置模式先撇开由圆盘剪的不良平行度和平面度产生刀面端跳造成的间隙变动而形成的毛刺，此处只讨论因宽度公差过大而达不到精确间隙值要求而形成的毛刺。这种刀具的宽度误差常在0.01mm左右。以剪切O2mm厚薄钢板为例。它所需的间隙应为0.02mm。那么本身就有0.01mm宽度误差的刀具怎样能满足0.02mm间隙的要求呢?这和对以分币为尾数来标价的商品怎能用角币来结算，是一样的道理。正因如此，一些加工中心就用许多塑料薄膜垫片来调整间隙，但问题是圆盘剪的装拆很麻烦；而某个单元的调整也势必会影响其它单元的间隙，这样反复的调整会致使操作者失去方向和信心。实际上塑料垫片厚薄不匀，整个剪切的系统无法形成足够的刚性，达不到原来的目的。如果再进行反复的调整，就会浪费许多高附加值的材料（如电工钢、不锈钢等）和有效的时间，实在是得不偿失。1.2精度稍好圆盘剪的配置模式这种圆盘剪的宽度误差常在O.005mm左右。用这种刀具时一般可不用超薄塑料垫片，但操作常会害怕过多的刀片叠在一起，会使累积误差增加，因而一般会准备很多的刀片、复合橡胶隔离圈、定距环，然后从中挑选尺寸合适的圆盘剪配在基本单元中。这种配置方法需要大量的时间和工装库存，且效果未必能尽人意。1.3高精度圆盘剪的配置模式由于这种圆盘剪的精度都在级，因此它能像机械制造厂计量室中的块规那样，随心所欲地配置出钢板条带精密剪切所需的间隙和宽度。再加上排刀软件的支持，它还能有效地消除上下两轴问所有剪切单元的累积误差。此外，由于精度高，整个剪切系统的刚性就特别好。日本三菱、荷兰ASKO、德国爱凯思等公司能制造这样高精度的圆盘剪，取消了塑料薄膜垫片，所以这种圆盘剪也叫无垫片圆盘剪。2，高精度圆盘剪的配置模式和思路2.1剪切中心圆盘剪的最佳配置前提条件由于分条圆盘剪的配置和投资有很大的关系，因此剪切中心需在充份的市场调查后正确定位自己的需求。如果要求过高会增加投资，而要求过低，则会给在以后满足多种剪切规格时带来困难。加工中心在购置精密圆盘剪时所需了解的数据：裁切材料的厚度范围：最厚和最薄厚度；裁切材料来料时的宽度范围，最宽和最窄卷宽；裁切材料的拉伸强度牛顿mm2；对未来钢板分条带宽度增量的要求：如0.01mm，0.1mm，0.5mm，1mm等；对间隙的增量要求：如0.005mm，0.01mm等；刀轴的有效长度(从轴肩到锁紧螺母)；最窄条宽和最多的剪切条数；刀具间隙设置在哪一单元，雄刀单元或雌刀单元?2.2组成剪切基本单元各部分的作用2.2.1圆盘剪圆盘剪的作用主要是剪切钢板，它另一个重要作用是构成钢带宽，保证带宽公差的重要部份。圆盘剪的厚度还取决于最窄的条宽；太厚的圆盘剪无法剪出窄带来，而太薄又会影响圆盘剪的刚性。因窄料往往也是薄料，所以有的加工中心常会备上两组厚度不同的圆盘剪，让薄刀裁切厚度较薄的窄钢带。2.2.1.1在分条机剪切行业中，通常选用刀片材质，根据金属元素组成可知：A.含Cr的金属制品可以使用金属组织细微化，可起到防锈的功能；B.含Mo的金属制品可增加金属之强度、硬度，使其具有更高的切削性能；C.含钒的金属制品对于抗动击及耐疲劳有很大的作用；D.含碳量高时，能使断面细微化，但其韧性降低，可增加其耐磨耗性；E.含硅（si）可使刀片内部组织更加紧密，但会增加其脆性；F.锰有脱酸降氧之功能，可具有防锈防腐性，但脆性将增大；G.磷（P）与氮（N）可增加钢品之耐腐蚀性，但脆性将增大；H.镍（Ni）可减小刀刃之热膨系数，降低X磁性，减小高温锈化；I.钨（W）可提高淬火温度，得到最佳温度。由于刀片与板材之间的对抗剪切及磨耗，刀片会产生金属表面疲劳层，而刀片的选择材料可以尽可能延长其使用寿命，目前常见的刀片材料有：A.SLD-11SKD-11（Cr12Mov）、SKD-12（高硬度冷模合金钢）、SLD-11系本系列之最高级数材料B.SKH-51SKH-9（钼系高速工具钢）C.ACD-8（低硬度冷模合金钢）各刀片材料之金属元素分析及适用板材：A.SKD-11（Cr12Mov）类：其含碳良在1.41.6之间，含铬量在11.0013.00之间，其中含Mo、含V与其他合金比较，具有较高的硬度（其可达硬度范围5860。）、韧性及耐磨性，适用于以下板材：1，冷轧板（SPCC）0.33.2；2，表面处理板（电解、镀锌、彩涂）0.33.2；3，不锈钢（SUS）0.13.0。B.ACD-8：含镍量高，有较高韧性，适用于剪切较厚之热轧板、高张力板，但耐磨性较差。ACD-8HRC53。55。HRC5355ACD-8HRC55。58。D.SKH-54：为SKH-9系更高级材料，HRC60。63。SKH-54SKH-512.2.1.2厚度尺寸等选择，根据剪切材料厚度，硬度等做合适选择，一般按如下规律选择（提供参考）：厚度：为剪切板厚的3倍以上；外径大小：为剪切板厚的40倍以上；刀片伸出量为：板厚的25倍以下；有键槽刀片，其键槽应必须带R角。2.2.2水平间隙预留及刀片下切量水平间隙取决于钢板的厚度和拉伸强度牛顿mm2，一般在8到12间。愈薄愈软的钢板材料在剪切时愈容易产生毛刺，因此对间隙要求愈精确。所以间隙的增量要很小，有的甚至要精确到0.0005mm，便于调整。A.刀片水平间隙预留大小请确定于板材厚度、质地，按常规方法其数值在板材厚度的6%12%之间：普板：如SPP、SPCH、SECC，间隙参数为8%10%；不锈钢：SUS间隙参数为7%11%（软则略大，硬则略小）；硅钢片：SI间隙参数为7%11%；高炭钢：65Mn、S20C等间隙参数为8%12%；非铁金属：AL、CN、ZN等间隙参数为5%10%；以上参数仅供参考，在实际作业中根据实际情况作出合适调整。A.下切量又称刀片垂直重合量：根据板材厚度而定，一般情况为板厚在4mm以下时为正值，4mm以上时为负值，即材料在4mm以上时，刀片为非重叠状态，一般情况如下所示：（约为板厚的10%50）下刀深度（参考）0.64m/mUP0.50.40.34m/mDW0.20.10-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5-0.6-0.7123456在使用过程中,根据实际情况作合适调整.考虑到板材的多样性和特异性，现作如下规律供参考使用：材料类型水平间隙垂直叠合量抗张力强度较高之材料略加大略浅韧性材料略缩小略深机械刚性较小的略加大略浅或不变严格要求剪切加工精度的略缩小略浅或不变2.2.3复合橡胶隔离圈复合橡胶隔离圈有很多作用：不仅在圆盘剪剪切钢板时要紧紧压住被切材料，不让钢板的边部产生波浪；它还可用来向前传递钢带，帮助剪切；复合橡胶隔离圈的铁芯同样用来构成带宽，并保证其公差。对较薄的板料，无论是雄刀单元还是雌刀单元，都要将两刀内侧之间的空间垫满。复合橡胶隔离圈的制造工艺比较复杂，价格也较贵；在刀片用钝需修磨时，它也要随着修磨。因此复合橡胶隔离圈的厚度规格不多，常为5，6，7，8，9，10，20，40，80mm等宽度。4mm以下很少见，因太薄而容易脱胶。5，6，7，8，9，lOmm主要用来配置宽度。如5+6=11，5+7=12，5+8=13，5+9=14。雄刀单元的复合橡胶隔离圈只要一组，但雌刀单元的橡胶隔离圈常要多组，以适应不同钢板厚度的需要。复合橡胶隔离圈外圆在修磨时以其铁芯为基准，因此其外圆的母线始终和中心轴线保持平行，在运行中不会使钢带左右偏摆，保证了板面的平整；这对加工中心提高产品质量非常重要。如是松套橡胶隔离圈，其外圆就无法保证这点，卷出的钢卷表面就会不平。一般而言，雄刀单元的复合橡胶隔离圈的外径比圆盘剪外径要大0.25mm或0.5mm，乃至1mm。在圆盘剪开始修磨后，雄刀单元的复合橡胶隔离圈的外径也要跟着修磨，在外径方向上始终保持这一差值。但雌刀单元的复合橡胶圈的外径不一样，不同的组配有不同的外径。现举一个实例。剪切厚度从0.3mm到3mm时，它们的配置情况各不相同。如能按表1递进式的修磨外圆，复合橡胶隔离圈就可多次重复使用，减少圆盘剪修磨次数，这会大大节约人力、物力和生产成本。 表l递进式修磨外圆举例项目原始外径适应钢板厚度下次刃磨圆盘剪外径mm300299雄刀单元的复合橡胶圈(兰)300.5任何厚度299.5原第一组(红)第一组雌刀单元的复合橡胶圈(红)299.50.30.7mm298.5原第二组(黑)第二组雌刀单元的复合橡胶圈(黑)298.50.71.5mm297.5原第三组(黄)第三组雌刀单元的复合橡胶圈(黄)297.51.53mm296.5原雄刀侧复合橡胶圈磨成(兰)2.2.4定距环定距环是保证整个剪切系统间隙精确的最重要环节。它的名义尺寸都在0.01mm一级，但也可到0.005mm一级。它的厚度公差仍为+/-0.001mm，甚至于+/-0.0005mm。由于精度高，所有宽度都可由许多具有不同尾数的定距环配出来。可以说，这样高精度的定距环，即使5片叠在一起，其累积误差比其它精度差的一片定距环的误差还要低。定距环的作用按尺寸可分为三种：(1)百位小数的定距环，如1.01，l.02，l.03，1.06，1.lOmm等，主要用来满足配置间隙的要求；(2)带个位小数的定距环，如1.1，1.2，1.3，1.6，2.Omm等，主要用来满足配置钢带宽的要求；(3)无小数的定距环，如2，3，5，6，10，20，40，80mm等，主要用来满足配置钢带宽和填充最外侧两把圆盘剪和刀轴肩及液压锁紧螺母之间的空间。它的需要量按刀轴有效长度减去最窄原始钢带卷宽来考虑。定距环的搭配主要是利用1，2，3，6等数字可演变出许多其它数字的原理。如：1.01+1.03=2.04,1.02+1.03=205,1.01+1.06=107,1.02+1.06=1.08,103+l.06=1.091.1+1.3=2.4,1.2+1.3=2.5，1.1+1.5=2.6，1.2+1.5=2.7，1.3+1.5=2.8,l.3+1.6=2.9最多利用4片高精度定距环，可搭配出尾数从0.010.99mm的任何数字来。为尽可能避免薄定距环上无橡胶所形成的空间对钢带的影响，如有几片薄的定距环，就要分开放在复合橡胶隔离圈之间。由于定距环的价格较低，而且可永远使用，因此也有些用户在剪切非常精密薄钢板时将定距环的宽度系列设计成l.01，1.02，1.03，1.04，1.05，1.06，1.07，1.08,1.09,1.1,1.2,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.9。这样一来，尽管费用高一些，但最多只要2片定距环，就可演变出尾数从0.Ol-0.99mm的任何数字来。2.3配圆盘剪实例设圆盘剪厚度为：5mm，要裁切的材料：宽度25mm；厚度O.2mm，间隙为10，0.02mm，放在雌刀单元。刀轴有效长1600mm，最窄来料宽为800mm，最多条数为60，最窄条宽为25mm(一次剪切时，钢带宽可不相同。)为了更好地理解高精度刀具的配置原理，现先以单个雌刀单元和单个雄刀单元举例如下：2.3.l雄刀单元因间隙放在雌刀单元一侧，故雄刀单元的宽度仍为25mm，其配置为：5mm刀2片+5和10mm橡胶圈各一片。2.3.2雌刀单元加间隙后，雌刀单元的宽度为25.04mm，其配置为：1.01和1.03定距环各一片，相加为2.04；余下的23mm，则由6、7和l0mm橡胶圈各一片组成。2.4工装数量的确定在确定工装数量时，尤其是新机组配套圆盘剪，复合橡胶圈和定距环的数量时，必需先弄清组、套和条数的概念和关系。(1)组的概念是指：一套雄圆盘剪要配几组雌圆盘剪，以适应不同的材料厚度。(2)套的概念是指：有几对上下刀轴。1套就有1对上下刀轴。为生产安排方便，有的用户有资金，为方便安排生产。他们会配几套。因此套和组的概念不能搞混。正因为一台分条机有几套刀轴，而一套刀轴又有一组雄圆盘剪和几组雌圆盘剪，并且每条钢带都需一个雄刀单元和一个雌刀单元才能剪下来，因此，除圆盘剪以外，每套中的每组雄，雌刀单元中的复合橡胶圈和定距环都要配齐，和条数相同，不能重复使用。(3)条数的概念是指：在分条机上最多能剪切的条数。但实际上，每套中每组圆盘剪不可能同样切最多的条数，如一样的话又何必要配多套圆盘剪呢?按国际通用惯例，如第一套最多可切60条，第二套就按75计，即45条。有的公司还有第三套，第四套；第三套就按50计，即30条，第四套就按25计，即15条。总数为150条。此时，所配工具数就是全配时的150604=62.5。当然，最后的数量还是由用户根据市场需求而定。(4)现同样上文3。配刀实例中的例子来说明圆盘剪、复合橡胶圈和定距环数量确定的原则和方法。设该分条机需2套刀轴，每套l组雄刀，2组雌刀，最多条数为60。理论刀片数：第1套602+2=122片。第2套(602+2)75=92片，总数为214片。复合橡胶圈和定距环。第l套复合橡胶圈片数分配见表2。表2复合橡胶圈片数分配宽度5678910204080雄刀单元，片红606060606060201010雌刀单元，片蓝606060606060201010雌刀单元，片黄606060606060201010第2套对搭配宽度用的5,6,7,8,9,10mm厚橡胶圈的数量，乘75，即45片。对填充用的20，40，80mm的数量可保持不变。为了能裁边最宽来料，此时刀轴上只有两片刀，其间的空档最长，都要填满。那时我们就需要20，40，80mm等宽幅的复合橡胶圈。他们各自的数量只要是分别乘上20，40，80mm宽度后能凑成两片刀间的最大空档即可。但这些宽橡胶圈的配置不是唯一的，各有各的考虑。定距环因雄刀单元基本不用调整间隙的定距环，而只在雌刀单元内使用，且能反复使用。因此除一些用来填充刀外空间的厚定距环外，其它用来满足间隙要求的薄定距环(从l.01到1.6)的数量都和最多条数相同。第1套定距环片数分配见表3。表3定距环片数分配厚度1.011.021.031.061.11.21.31.61234510204080数量6060606060606060120120120120120120888而l，2，3，5，10mm是用在雌，雄刀两个单元调整宽度尺寸用的，所以他们的数量是最高条数的2倍。20，40，80mm等定距环的作用主要是填充刀轴上最外两把刀的空间。因刀轴长1600mm，最窄来料为800mm，因此上下两轴两边的空档各为400mm。如能借用几个lOmm定距环，20，40与80mm的定距环各8个已足够。第2套，其原理和第2套复合橡胶圈的配置原理相同。3，在高精度圆刀基础上，进一步提高剪切精度、改善功能的措施31计算机配刀软件由于在分条机上是由许多基本剪切单元构成的，每个单元又有不少圆盘剪、圈、环组成，即使是最精密的，完全符合图纸要求的圆盘剪，在几十，上百片叠在起之后，也会有累积误差产生。为彻底消除累积误差，用户一定要使用配刀软件。精度不高的刀，因其不能确定它的实际尺寸值，因此无法使用软件。在刀片、复合橡胶圈和定距环出厂时已对它们的厚度的正，零，负公差值作出“+”，“0”，“-”的标记，在圆盘剪采购交付清单上明确列示，仅需要输人到计算机中。在配刀时，由计算机去挑选那些能在一个基本单元内“+”“-”抵消，总误差尽可能为零的圆盘剪，复合橡胶圈和定距环放在一起，并把它们的“0”，“+”，“-”和数量告诉配刀者，由操