剪切机.docx

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剪切机

剪切机

剪切机是轧钢车间的辅助机械设备，用来剪切钢坯、型材和带材，也用来纵剪切钢板及带钢。

剪切机的型式很多，根据其就够及工艺特点可分为四种类型：

平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。

一、平刃剪

剪刃平行放置的剪切机简称为平刃剪。

这种剪切机通常用于剪切热状态下的轧件，如板坯轧机和开坯轧机轧后的方坯、板坯和矩形截面轧件。

有时亦用于剪切冷态下的中、小型成品型材。

根据剪切方式，平刃剪可分为：

1）上切式剪切机，其下剪刃固定不动，上剪刃上下运动进行剪切；2）下切式剪切机，这种剪切机的两个剪刃都运动，剪切过程是通过下剪刃的上升来实现的；3）水平方向剪切的剪切机。

平行剪刃剪切机还可分为：

闭式剪切机，机架位于剪刃的两侧（一般是吨位比较大的剪切机）；开式剪切机，机架位于剪刃的一侧（一般是吨位比较小的剪切机）。

闭式机架通常做成门型的，刚性好，剪切断面大。

但是操作人员不已观察剪切情况，不便于设备维修和事故处理。

而开式机架通常做成悬臂式的，刚性较差，剪切断面小，但是便于检修维护和事故处理。

一般大吨位剪切机采用下切式，小吨位剪切机采用上切式。

目前，吨位在2000~2500t以上的剪切机，有向上切式发展的趋势。

上切式剪切机

上切式剪切机通常是曲柄连杆式结构，还有曲柄活杆式结构，其特点是结构和运动较为简单。

但是被剪切轧件易弯曲，剪切断面不垂直。

因此，在剪切较厚轧件（大于30~60mm）时，在剪切机后边，还需增设一台摆动滚道，如图所示。

图带摆动辊道的上切式剪切机

下切式剪切机

下切式剪切机广泛地运用于剪切断面厚度大于30~60mm的初扎钢坯和其它类型的钢坯。

剪切过程的特点：

在剪切开始，上剪刃首先下降，当压板压住钢坯并达到预定的压力后，即行停止，其后是下剪刃上升进行剪切。

剪切后，下剪刃首先下降回到原来位置，接着上剪刃上升恢复原位。

这种剪切金属的方法，具有下面的一些优点：

（1）剪切时钢材高于辊道面，因此，不需要剪机后面的摆动升降辊道；

（2）剪切长轧件时，上剪刃一侧的钢材不会弯曲；（3）下切式剪切机机架不承受剪切力的负荷；（4）装设有活动压板，保证剪切时钢坯处于正确的位置，以获得整齐的切面。

二、斜刃剪

斜刃剪切机的两个剪刃互成一角度，一般为10~120之间，常用的小于60。

通常上剪刃是倾斜的，下剪刃是水平的（见图）。

由于剪刃倾斜，剪切时剪刃只接触轧件的一部分，因此，剪切力比剪刃平放时为小。

但剪刃的行程加大了，同时产生了侧向推力。

斜刃剪常用来冷剪宽厚比比较大的板材，如：

钢板、带钢、薄板坯、焊管坯等。

通常用被剪切轧件的端面尺寸—厚度X宽度来命名，如Q11-20X2000型剪板机等。

由于结构不同，斜刃剪可分为开式和闭式两种。

闭式斜刃剪有两个支架，剪刃放在两个支架中间；开式则只在一侧有支架，另一侧为悬臂式的。

闭式机架的刚性好，而开式机架能清楚地看见操作情况，并便于维护检修和事故处理。

开式斜刃剪一般为上切式，而闭式斜刃剪又有上切式和下切式之分。

目前已较广泛地使用下剪刃倾斜的下切式斜刃剪。

这种剪切机在剪切时，板材能正常地压在上刃台上。

因此，能够保证剪切面对板材中心线及表面的垂直度。

但由于把压板系统放在辊道下面，导致了结构的复杂化。

三、圆盘剪

圆盘式剪切机通常用于纵向剪切板材和带材，有时将板、带材剪成比较窄的带材，或者将它们的边缘剪齐。

当用它来切边时，通常还装有碎边机，将边切成小段，便于回收。

一、圆盘式剪切机的结构

圆盘式剪切机的结构可分为：

1、每个圆盘剪刃都固定在单独轴上的两对圆盘式剪切机和所有的圆盘剪刃都固定在两根共用轴上的多对圆盘式剪切机；2、多对圆盘式剪切机常用来将钢板或带钢冷剪成更窄的板条。

具有两对圆盘剪刃的剪切机，用于剪切钢板或带钢的两个边。

每对圆盘剪刃都有自己单独的机架。

移动这些机架，就可调整两对圆盘之间的距离，借以调整剪切钢板的宽度。

圆盘剪切机有下列几个机构组成：

刀盘旋转传动系统，刀盘径向调整和刀片的侧向调整，剪切宽度的调整等。

剪切宽度的调整实际上就是对机架的距离调整。

早期圆盘式剪切机速度较低，圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动，以及和万向连接轴来实现的。

刀盘径向间隙调整用电机通过蜗杆蜗轮传动是偏心套转动来实现的。

而刀片侧向间隙是用手动通过蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。

随着生产的发展，圆盘式剪切机剪切速度在逐渐提高，由于受到碎边机的限制，现在大型圆盘剪切机的剪切速度通常为0.4米/秒。

目前圆盘式剪切机装在横切机组上，剪切厚度为0.6~2.5毫米，宽度为700~1500毫米。

带钢剪切速度达到1~3m/s。

刀片传动通过减速机和4个相同尺寸的齿轮同时传动两对刀片。

为保证刀片同步，4个齿轮组成相当于连杆机构，使齿轮传动的中心距不变，提高了齿轮传动精度，为调整上刀片径向间隙，上刀片轴承座可沿机架滑道上下移动。

滑座移动用针齿摆线减速机，它体积小速比大调整精度高。

刀片轴向距离调整也采用针齿摆线减速机驱动丝杆和螺母来实现的，为了提高传动精度，传动系统增加了测速装置，进行主传动速度调整。

圆盘剪后设置碎边剪，将剪切下来的板边剪成碎段送到下面的滑槽中，也可对剪下来的薄板边用卷取机卷起来，然后停车卸卷。

为了使切下来的板边的钢板平直，在出圆盘剪时切边应向下弯曲，现在采用上刀片轴相对下刀片轴移动一个不大的距离或者上刀片直径比下刀片直径小一些来实现见图。

使钢板保持水平位置的方法

a-刀盘轴错开；b-上下刀盘采用不同直径

我们公司大量使用圆盘式剪切机，其结构如图所示。

圆盘剪参数

刀片尺寸——刀片直径D；设h为钢板厚，s为刀片的重迭量，α咬入角，

当α=10~15度时，可由经验公式确定：

D=（40~125）h；对h=40的厚钢板，D=（22~25）h;

剪切力P

实际剪切力由两部份组成，其推导与斜刃剪类似，结果如下

剪切力矩——与简单轧制类似，M1=PDsinα，α为接触弧中点所对的圆心角，D为刀片直径；如刀片轴上的摩擦力矩为M2=Pdμ,n为刀片对数，则总的驱动力矩：

M=n（M1+M2）

驱动功率——设v为剪切速度，μ1为刀片与钢板间的摩擦系数，则圆盘剪的电机功率N为：

飞剪机

横向剪切运行中的轧件的剪切机叫做飞剪机，简称飞剪。

在连轧钢坯车间或小型型钢车间里，它安放在轧制线的后部，将轧件切成定尺寸或仅切头切尾。

在冷、热带钢车间的横剪机组、重剪机组、镀锌机组和镀锡机组里，都配置有各种不同类型的飞剪机，将带钢剪成定尺寸或裁成规定重量的钢卷。

在这些机组中还有其他设备，如：

开卷机、矫直机、送料辊和剁板机等。

在某种程度上，飞剪机限制了轧制速度的提高。

广泛地采用飞剪机有利于使轧钢生产迅速湘高速化、连续化方向发展。

因此，它是轧钢生产发展的重要环节之一。

定尺飞剪应该保证良好的剪切质量——定尺精度、切面整齐和较宽的定尺调节范围。

同时还要有一定的剪切速度。

为了满足上述要求，飞剪的结构和性能，在剪切过程中必须满足下述要求：

（1）剪刃的水平速度应该等于或稍大于带材运行速度；

（2）两个剪刃应具有最佳的剪刃间隙；

（3）剪切过程中，剪刃最好做平面平移运动，即剪刃垂直于带材的表面；

（4）飞剪要按一定工作制度工作，以保证定尺长度；

（5）飞剪的运动构建，其加速度和质量应力求最小，以减小惯性力和动负荷。

飞剪的类型很多，下面仅就我们公司目前应用较多的类型进行叙述

一、圆盘式飞剪

圆盘式飞剪用在小型钢材的预先剪切上，即在轧制过程中剪切轧件的头部活在上冷床之前将轧件切成几段。

飞剪由两个圆盘形剪刃组成。

圆盘的轴线与钢材运动方向成600，如图所示

剪切前，钢材沿入口导管在飞剪的左方前进，但刚才作用在旗形开关或光电管上时，入口导管带着钢材向右偏转，钢材进入两圆盘中间进行剪切。

剪切以后下剪刃下降，导管带着钢材返回原始的左方位置，下剪刃又上升，恢复原位。

此类飞剪的缺点是切口为斜的。

但作为小型钢材上冷床之前的预先剪切来说，这个缺点并不算严重。

此类飞剪应用广泛，工作可靠，允许较高的工作速度，可达12m/s左右。

二、双滚筒式飞剪

双滚筒式飞剪的结构型式多种多样，应用广泛。

通常安装在连轧机生产线上或独立的生产线上。

用于剪切厚度小于12mm的带材及小型钢材。

冷轧薄板的定尺剪切，多适用于高速度剪切的滚筒式飞剪机。

这种飞剪可以采用启动工作制，也可以采用有空切或无空切的连续工作制。

双滚筒式飞剪机是净剪刃分别固定在两个作等速旋转的滚筒体上。

两剪刃随着滚筒作圆周运动，当两剪刃相遇时进行剪切，如图所示。

由于飞剪的结构简单，旋转部分质量分布均匀，因此，可以用来剪切15m/s或更大速度的轧件。

双滚筒式飞剪机的缺点是：

在剪切过程中，剪刃的倾斜角随其转动而有相应的改变。

因此在剪切宽带钢时，就不能保证剪刃所需的重叠量，从而就不能得到为降低剪切力所必需的剪刃倾斜度。

当剪切板材厚度较大时，在剪切面上明显的不平齐。

图所示为双滚筒式飞剪总图。

此飞剪用于冷剪厚度为0.6~2mm。

宽度为700~1500mm的带钢。

定尺长度为1~6mm，带钢速度为1.5~6m/s，上滚筒直径为φ1500mm，下滚筒直径为φ750mm，剪刃长度为1700mm。

其机架中安装一对滚筒，下滚筒式主动的，它通过一对斜齿轮传动上滚筒。

为了消除齿轮在啮合时产生的间隙，借助上滚筒斜齿轮的辅助齿轮及弹簧靠紧在下滚筒斜齿轮的齿上。

因此，减少了剪切时的冲击。

下滚筒的园断面开有两个槽，可装两把刀。

上滚筒借助特殊的刀架可装四把刀，刀架的作用是便于调节剪刃的侧向间隙。

三、飞剪机的工作制度和剪切定尺长度的调节

一般在飞剪机前部都装有特备的送料辊，将轧件送到飞剪机上进行剪切。

或者利用连轧机最后一架轧机的轧辊完成轧件的送入任务。

送料辊或组后一架轧机都有专门的电器控制系统或机械联系系统，使其与飞剪保持一定的转数关系，使飞剪机剪刃速度适应于轧件运行速度，保证剪切质量，图示为双棍筒式飞剪机运转情况。

图双滚筒式飞剪机运转示意图

1—送料辊；2—飞剪机

在剪切定尺寸时，被切轧件的长度等于两次剪切间隔时间内轧件所走过的距离。

如轧件的速度v0为常数，则剪切轧件的长度为

L=v0t

式中t——两次剪切的间隔时间。

飞剪机有两种工作制度：

启动工作制和连续工作制。

1、启动工作制时，剪切长度的调节启动工作制是剪切一次以后，剪刃停止在某一位置上，下次剪切时，飞剪重新启动。

采用此种工作制度可以根据需要获得任意长度的定尺。

一般在切头飞剪或定尺长度很长的飞剪机上采用此种工作制度。

启动可以由人工操作，也可以由机械开关或光电控制。

此时被切断轧件的长度可按下式确定

L=Lφ+v0tp

式中Lφ——从光电管道飞剪的距离

tp——飞剪由启动到剪切的时间

在调节定尺长度时，通常不采用移动光电装置位置的方法（即改变Lφ值），而是通过时间继电器或可编程序控制器来改变时间tp。

为了使轧件被剪下部分末端不妨碍光电装置在下次剪切时再次发生作用，必须使轧件被剪下部分与剩余部分之间有一定的间隙。

一般是用增加剪后辊道速度的办法来实现这一要求的。

当轧件定尺长度较短时，可能出现L小于v0tp时，光电装置就需要设置在飞剪机的前面。

显然，只有在两次剪切间隔时间内能保证完成飞剪机的启动和制动时，飞剪机才能正常进行剪切。

而重型和速度高的飞剪机往往在一圈内来不及完成启动和制动要求，即在剪切位置时刀片速度不能加速到轧件运动速度并在剪切后刀片不能在初始位置上停止。

此时，就需要用较为复杂的运动线路（图9-10b）（P306页），来代替通常采用的简单的运动线路（图9—10a）（P306页）。

图9-10a（P306页）表示飞剪机启动后，刀片由初始位置1加速转动到剪切位置2时达到了轧件运动速度。

剪切后，飞剪机制动能使刀片停在初始位置1。

图9-10b表示飞剪机启动后，刀片由初始位置1加速转动到剪切位置2时，达到轧件运动速度进行剪切。

剪切后，刀片在2～3段内制动，并由位置3低速反转至初始位置1停止，准备再次剪切。

图启动工作制的滚筒式飞剪剪刃运动路线图

a-刀片作简单运动线路；b-刀片作复杂运动线路

1-刀片初始位置；2-刀片剪切位置；3=刀片低速反转的初始位置

2、连续工作制度下剪切长度的调节剪机的连续工作制应用在轧件运动速度较高，以及剪切长度较短的情况下。

在此种工作制度下，剪切长度的基本公式为：

L=v0t

当剪刃不是每转相遇都进行剪刃，并将t用剪刃转数n来表示时，则剪切长度公式可写成下式：

L=60v0K/n

式中n—剪刃每分钟转数

K—在相邻两次剪切时间内，剪刃所转的周数。

剪刃每转一周剪切一次时，K=1，每转两周剪切一次时，K=2，依此类推。

通常用特殊的空切机构来保证要求的K值。

这套机构可以周期性的使剪刃“离开”；即剪刃不再每转相遇时都进行剪刃。

从公式L=60v0K/n看出，为了保证剪切长度的精确性，必须使v0/n之比值在工作中保持为常数。

因此要用电器的或机械的联系系统，使送料辊或最后一架轧机的轧辊与剪切机之间工作的同步来实现。

在连续工作制度下，这个同步关系是飞剪机传动的一个基本条件。

一般v0为常数，则被剪切轧件长度的调节可通过改变n和K值的方法来实现。

如果在剪机前面用送料辊来送进轧件时，则

L=πD0n0K/n

式中D0、n0——送料辊直径与送料辊每分钟转数。

综上所述，在保持v0不变的条件下，为获得各种不同的剪切长度L，可通过改变n与K的方法来实现。

至于如何调节，应取决于各种飞剪机的结构特点。

下面分别介绍在连续工作制度下，调节剪切长度的2种方法。

（1）最简单的飞剪工作制这种工作制特点为剪刃圆周速度v与轧件运行速度v0仅在剪刃一定转数下才相等。

保持轧件运行速度v0不变，在一定范围内改变剪刃转数n，使剪刃线速度稍大于带材线速度的条件下进行剪刃，这时可以得到不同的剪刃长度。

这种方法仅用于热剪切薄板及小型钢材时的情况

（2）改变空切系数k来调长改变空切系数忌的机构称为空切机构。

空切机构的类型很多，但从方法上看，基本上可分为改变飞剪机上下两个主轴角速度的比值和改变上下刀片运动轨迹两大类型。

（1）改变飞剪机上下两个主轴角速度的比值此时，在上刀运动轨迹不变的情况下，可以改变上下两刀片相遇的次数，以实现空切来调长。

（2）改变刀片运动轨迹采用此法改变空切系数k时，飞剪机上下刀片运动轨迹的变化，将使上下刀片在飞剪机主轴每转一圈时不是都能相遇进行剪切的，这就实现了空切的要求。

对于某些定尺飞剪机，可以采用能改变摆杆（摇杆）支点位置的空切机构使刀片运动轨迹发生变化。