圆盘剪的剪切原理及剪切缺陷分析

圆盘剪的剪切原理及剪切缺陷分析

发布时间：2021-12-10T07:26:58.021Z 来源：《防护工程》2021年25期 作者： 马斌

[导读] 同时，消除了上游原材料的边缘缺陷，避免了产品质量下降，为下游生产线提供了安全保障。

南京钢铁股份有限公司 江苏南京 210000

摘要：圆盘剪又称切边剪，是带材和板材生产线的关键设备之一。其主要功能是通过精确控制钢板宽度，满足客户对产品宽度的严格要求。同时，消除了上游原材料的边缘缺陷，避免了产品质量下降，为下游生产线提供了安全保障。

关键词：圆盘剪；剪切；缺陷

圆盘剪是生产板材的主要设备，用于剪切带钢边缘缺陷，保证全带钢宽度的一致性，提高带钢宽度精度，广泛应用于推拉酸洗装置、连续

酸洗装置、酸洗-轧机联合装置、精整装置、重卷装置，是生产带材的重要设备。同时，剪切机是轧机最重要的辅助设备之一，也是金属材

料切割的机械设备。圆盘剪近年来已广泛应用于中厚板剪切生产中，具有划痕小、剪切质量好、磨损小等优点，能保证钢板平整度及断面

光滑。

1圆盘剪概述

圆盘剪全称是圆盘式剪切机，当圆盘被剪切时，剪刃和轧件以相同速度运动，并经历连续的圆周运动，形成一对无端点剪切。其一般放置在带材和板材剪切线上，对运动板材或带材两侧边缘进行纵向剪切，使剪后带钢或板材边缘准确、干净、无毛刺。按用途分为切边剪

和分条剪；根据传动形式，有拉剪和动力剪。拉剪是由后拉力辊或卷取机拉动的无传动圆盘剪。动力剪有自己的传动装置，其中一些还配

有离合器。使用拉剪时，离合器可根据情况打开。

2圆盘剪的剪切原理

圆盘剪由上下两片圆形刀片组成，用于剪切钢板边缘，两片刀片垂直排列，有一定形式的错位，使上下刀片形成一定程度的重叠量及侧间隙。钢板边缘进入圆盘剪接触剪刃后，刀片向带钢施加剪切力，刀盘旋转，剪刃刃口间距减小，带钢开始逐渐变形，先弹性变形，再

塑性变形，当变形量累积到一定程度时，剪裂产生并进一步扩展，废边与整个钢板分离，完成整个剪切过程，基本上包括以下四个连续阶

段。

（1）弹性变形阶段。钢板在传输系统的带入下进入圆盘剪，边缘与圆盘剪剪刃接触，根据材料成型原理，此时钢板边部会发生轻微变形，当外力消失时，变形恢复到原始形式，即弹性变形阶段。

（2）塑性变形阶段。圆盘剪剪刃继续作用于钢板边缘，根据材料成形原理，钢板边缘的内应力逐渐增大，当钢板达到屈服点时，其边缘将永久变形，即使在外力消失后，钢板也无法恢复其原始形状，即塑性变形阶段。此时作用力保持不变，钢板和边缘之间的连接被拉

长，然后变细。

（3）剪裂阶段。随着圆盘剪剪刃的不断靠近，剪切力增大，钢板边缘与剪刃边缘交界处出现应力集中，此时会产生一些裂纹和毛刺。

（4）分离阶段。圆盘剪剪刃继续挤压钢板边缘，裂纹将扩展并最终发展为裂缝，最终使钢板边部与钢板彻底分离，此时分离的钢板条沿溜槽进入碎边剪，切割成碎片条状，用输送带运出生产线，完成整个剪切。

3圆盘剪主要技术参数的选择

剪刃间隙量的选择。调整圆盘剪上下剪刃间的合理间隙时，钢板剪切截面应平整无毛刺，圆盘剪所需剪切力应最小。对于需剪切边部的钢板，上下剪刃间隙的调整主要取决于钢板厚度与力学性能。一般来说，对变形抗力小钢板，圆盘剪上下剪刃间隙小于变形抗力大钢

板；薄钢板调整圆盘剪上下剪刃间隙时，间隙应小于厚钢板间隙。

剪刃重叠量的选择。圆盘剪上下剪刃重叠量取决于钢板厚度和力学性能。钢板厚度越大，其重合量越大。实际生产中，剪刃重叠量装配不应太小。若太小，剪刃磨损会增加，特别是当刀片不均匀时，上下剪刃易相互啮伤。若太大，剪切时，毛边往上翘，易造成边丝跑

出，引发事故。

4影响圆盘剪质量的因素

（1）侧间隙(Gap)对断面质量的影响。侧间隙(Gap)是上下圆盘剪刀片水平距离，是控制其剪切过程中的一个重要参数，侧间隙主要撕扯带钢边缘，若控制不正确，钢板边缘会产生毛刺、边浪、二次剪切等缺陷。因此，为了保证切边质量，必须提供合理的侧间隙。剪刃间

隙通常由钢板厚度和性能决定，为钢板厚度的3%～7%。 （2）重叠量(Lap)对断面质量的影响。重叠量(Lap)是圆盘剪上下剪刃刀片垂直距离，规定剪刃重叠时为+Lap，反之为-Lap。重叠量也是控制圆盘剪剪切过程的一个重要参数，它将切割钢板边缘，控制不当会导致钢板边部切不断或刀片磨损加剧等缺陷。为保证良好的剪切

效果，应尽可能保证最小Lap值，钢板越厚，Lap越小，甚至是负值。

5圆盘剪造成的质量缺陷及解决措施

圆盘剪刀缝由2个垂直、水平刀缝组成，其值随钢板厚度增加而增加，与钢板厚度呈线性关系。

（1）双眼皮、锯齿和毛刺现象。当刀缝实际值小于本厚度规范中钢板理论剪切计算值时，钢板纵断面易出现双眼皮；反之，当实际刀缝值大于本厚度规范中钢板理论剪切计算值时，钢板纵断面易出现锯齿与毛刺。因而，需更换剪刃时合理安装，确保四片剪刃刀片平面垂

直于驱动轴，以确保刀片旋转时整个圆周刀缝值相同。更换刀片后，应准确测量及校准刀缝值，以尽量减少人为测量误差。

（2）纵断面颜色不均匀，有明显的接痕。由于操作等原因，剪切钢板温度有时超过200℃，导致剪后钢板颜色较深，甚至接近蓝色；此外，若剪切过程中碎边剪出现故障，导致异常剪切，则钢板温度将迅速下降，剪后钢板颜色将发生变化。因此，圆盘剪切前可安装测温

仪，严格控制剪切温度，减少断面颜色不一致。

6圆盘剪剪切质量

（1）弹性阶段穹弯问题。当钢板被切断时，穹弯会出现一定程度反弹。当钢板发生塑性变形时，通过刀盘切割滑移获得的断面光滑，且反弹后光滑面与刀盘有二次接触摩擦，因此切断区中存在层层竖状条纹。图1(a)所示的灰白色横向相间沟壑纹路是钢板塑性变形硬化后，

经穹弯与刀盘的反弹接触，二次与刀盘摩擦硬化造成，不利于轧制。轧制钢板的边缘效应由断面条纹及不规则断裂边界形成，如图1(b)所

示，超出边界的轧制钢板边缘成为坑点状裂边。

图1 轧后钢板边部

这是剪刃崩刃的原因之一。为了消除二次加工中硬化问题，剪刃布置呈八字，为剪切后刀片留出反弹空间。八字调整方案单面约为

2mm/1000mm，根据设备安装精度略有偏差。

（2）塑性、断裂阶段的问题。带钢塑性变形过程是导致金属中开动位错的过程，此过程与刀盘侧隙有关。当刀盘侧隙值大时，上下刀盘间有许多金属内部位错，带钢屈服强度也较高，剪刃对带钢材质加工硬化程度高，钢板塑性降低，轧制时更易出现裂边，因此在允许的

侧隙范围内，应选择较小值作为侧隙。

（3）带钢本身软硬度影响。由于原材料带材软硬度不同，致使不同阶段的变形程度也不同。对于硬带材，应适当增加剪刃侧隙；若较软，则必须减小侧隙。较大侧隙能使撕裂层相对较厚，其强度更接近母材本身，减少加工硬化度。

（4）外界条件的影响。除剪切因素外，还存在纠偏系统和板形等外部条件影响。带材本身大浪边及镰刀弯等增加了纠偏机构的偏转，特别是在纠偏中，带钢左右偏转会对剪刃产生交变横向力，使剪刃崩刃。纠偏系统的灵敏度也会影响带钢剪切。在正常情况下，纠偏机构

允许带钢进入盘剪中位进入剪切，当带钢停止运动时，纠偏系统不再具有纠偏动作，且带钢处于中位。此时若系统过于敏感，即使在中

位，纠偏系统也会左右摆动，导致切断裂纹扩展无序，剪刃处交变力更复杂，剪切断面不均匀，有沟壑，甚至剪刃崩刃。

7技术途径与措施

（1）合理调整圆盘剪上下剪刃重叠量水平和碎边剪刃间隙。经分析表明，圆盘剪上下剪刃重叠量与水平间隙和剪切厚度调整有关，通过跟踪比较不同厚度板材调整量，能得到厚度变化后需调整的数据参数。

（2）采用直流机调节碎边剪转速，实现圆碎匹配。切碎后，观察板材弯曲度及长度，确定剪切线速度是否与碎边剪线速度相匹配，及时调整碎边剪直流机速度，有研究表明，碎边剪剪切线速度比圆盘剪线速度高约20%，实现了最佳匹配，有效避免了速度失配引起的卡钢

现象。

（3）圆盘剪剪刃与溜槽间缝隙应合理布置。按补焊溜槽缝隙耗时长及重叠量调整要求分类管理其剪刃，相似直径编为一组。更换时，根据直径由大到小原则对其逐组使用,当缝隙大于3mm时，应补焊溜槽，以确保不会因缝隙过大而卡钢。通过对剪刃的分类管理，合理安排

其使用顺序，可有效减少补焊和调整重叠量次数，大幅提高效率。

（4）实现在线清坑。考虑到清料斗坑所需时间，设计制作吊具，上接天车，下接电源，电磁开关由地面人员控制，提高清坑效率，避免不安全因素，实现在线清坑，以提高作业时间。 （5）采用小规格板在线对中和二次对中。切割小规格板时，第二块钢板头部与第一块钢板尾部重叠约6m，在切割第一块钢板后期，实现了第二块钢板的对中，克服了对中和切割不能同时进行的矛盾，节省了大量对中时间。对于倾斜钢板，停下剪切重新对中剪切标记，

直至横剪断开剪齐，以避免因尾部剪切不净和镰刀弯而重复剪切。

总之，圆盘剪是一种剪切装置，用于沿宽度分条、切边板材或带材，以满足宽度规格和边缘要求，主要用于冷(热)轧机组、酸洗机组、重卷机组、拉弯矫直机组终端工艺配置。另外，圆盘剪是一种用于连续纵向剪切钢带的剪切机，也是螺旋缝焊管机组及纵剪机组钢带工作

宽度定尺装置。其剪刃为圆盘形，可准确确定钢带宽度，消除或减少轧制钢带时形成的月牙形弯作用。

参考文献

[1]吴建强.圆盘剪的剪切质量分析[J].钢管，2015(05)．

[2]陈东文.圆盘剪剪切工艺优化研究[J].轧钢,2015(02)．