液压剪在大型铝板热轧机组中的应用设计

刘新林

摘 要：文章主要通过对液压剪在热轧作业中的设计要求以及作用做了详细介绍，通过对中型液压剪的结构和性能的论述，对现代铝热板加工工艺的改善提出了一些合理化的建议。

关键词：液压剪；铝热板；热轧

目前我国所使用的热轧机中根据产品种类的差异在布置上主要有以下三种形式：（1）以全彩生产为主的热连轧机组，特征为大批量生产，主要代表为1+4机组。（2）以中厚板材生产为主的热轧机，特征为单机架可逆机组。（3）综合性热轧机组，兼顾板材生产、卷材生产1+1机组。

上述机组中都配置了轻型剪以及重型剪。轧制过程中铝锭容易在头尾出现张嘴现象，从而影响板坯的咬入以及运输，甚至会在咬入之后出现分层。在1+4式的热轧机组中，重型剪主要用于将轧制中出现在带材上开裂的头部、尾部剪切掉，以便止呕的轧制；而在板材加工机组中，重型剪主要用于定尺分切。而轻型剪则主要用于对带材中舌型头部以及开裂头部进行剪切，保证带材能够顺利精轧，而轻型剪同样能够应用到板材机组的定尺分切上，主要对象薄板。液压剪主要有上切式液压剪以及下切式液压剪，上切是向下运动从而实现对板材的剪切，而下切式则为向下运动对板坯实现剪切。目前热轧机组中上切式机组和下切式机组使用都很广泛。

对剪切机的驱动主要有两种方式，即液压式、电动式。通常将以液压为驱动动力的剪切机称为液压剪。液压剪在投资上较少，且由于结构简单，因此在维护上更加方便；但是动作相对电动驱动较慢，不能连续动作，并且耗能较多；机械剪即为电力驱动剪切机，但是动作较快，并且能够进行连续动作，且能耗较小，但是因为机械剪切机体积庞大且结构较大，投资较液压剪也高，在维护上的要求更大，因此适用范围具有局限性

1 结构选择以及结构特点

1.1 机架

剪切机的整体剪切力主要由机架承载，因此对于机架的强度以及刚度有着一定的要求。而为了方便安装刀座和剪刃，将机架结构设计为U型上开口结构。而其底部则由钢结构的箱型梁予以连接，同时其顶部衡量设计成可移出式结构。对于整个剪切机，预紧螺栓的连接质量将会直接影响到剪切机工作质量以及机器本身的寿命。

1.2 剪刃

剪切机使用效果直接受到剪刃的设计以及质量影响。耐高温性、耐磨性以及耐冲击性是对剪刃材质进行选择的考虑因素，应当保证剪刃在经过热处理后仍旧能够满足剪切硬度需求。目前剪刃的设计较为常见的是四边刃形式，这种设计的有点就在于剪刃四面能够交替使用，从而延长了剪刃的使用时间，对备件数量进行减少，但是其缺点就在于容易在剪切材料上留下压痕，且较为明显。重型液压剪在1+4机组中主要用于去掉材质的头尾，由于还有后续的加工程序，因此压痕对于产品的质量并没有太大影响。但是由于厚板成品生产中，液压剪还好承载板材的作用，因此需要将压痕去除，因此会对成品率造成影响。针对此类机组其剪刃应当具有一定的倾斜角度，用以保证剪刃的后部不会在剪切时接触带材。

单倾斜剪刃设计是液压剪中常见的结构设计，在1+4以及1+1热轧机组中多将轻型液压剪设置在靠近精轧机处，主要用于将加工过程中开裂的带材头部剪切掉，保证精轧质量，其剪刃形状多为“Λ”形。经过轻型液压剪剪切过的板材中间会微微上翘，防止了单边下斜，并且能够保证带材的位置保持正确，方便精轧机咬入，但是双斜刃剪较之单斜刃剪剪切力要大一倍，因此只能适用在轻型液压剪上。本文论述的重型液压剪为单刃倾斜剪，倾角在1-6度。并且随着倾斜角的加大，剪切力会变小，刀片形成反而会增加。剪切角的确定收到了剪刃以及带材之间的摩擦条件影响，当倾斜角大于最大角度允许值时，带材会从剪口划出，剪切动作无法完成，因而可以看出，倾斜角会对剪切质量造成一定影响。倾斜角过小容易撕裂剪切断面，倾斜角过大，会影响到带材的平整度。结合实际工作经验，可以将剪切角确定为3.5度。但是若是将剪刃改为斜刃剪时就不会受到该种条件限制。因此对于剪切机的剪切质量的改善可以通过改变剪刃倾斜角进行调整。

1.3 剪刃间隙调整装置

在有成品板材的机组中，T1重型液压剪实际剪切厚度一般为40～120mm，T2轻型液压剪的实际剪切厚度一般为10～60mm，由于重型剪剪材厚度变化范围大，成品板对切口质量要求高，故需要增设可在线调整剪刃间隙的装置。文章液压剪下剪刃固定，通过调整上剪刃来实现剪刃间隙的调整。

1.4 剪刃锁紧装置

文章液压剪的一个创新点就是采用了碟簧式机械锁定液压解锁装置。剪刃做为剪切直接受力部位，在剪切中其相对位置的稳定必须得到保证，否则在剪切过程中剪刃的相关参数如剪刃间隙、剪刃重合度就会发生变化，从而造成剪切事故。碟簧式剪刃液压锁紧装置主要用来完成剪刃的锁定以及更换剪刃时对剪刃锁定的解锁。

支座通过螺栓把合在剪子刀座上；剪切机正常工作时，碟簧产生的作用力通过带法兰盘的拉杆作用于剪刃，将剪刃固定在剪子刀座上，从而实现对剪刃的锁定。当更换剪刃，需要对剪刃解锁时，由于液压传动推杆与带法兰盘的拉杆是通过斜面接触的，由液压传动推杆带法兰盘的拉杆抵抗碟簧的作用力并向左移动，即可实现对剪刃的解锁。文章液压剪每个剪刃上各配备有10组这样的机构。碟簧式机械锁定液压解锁装置能够产生足够的锁紧力，使剪刃长期锁紧，工作可靠，结构合理，使用寿命长，剪刃更换简捷方便，工作效率高。

1.5 剪刃行程

剪刃行程以及液压剪的开口度应保证在剪切时板材头部能够从上、下剪刃间顺利通过。行程太小，翘头的板材不易通过；行程太大，则使液压剪的行程增加，影响剪子的剪切频率。有些用户还要求设计液压剪的开口度时要考虑到液压剪能通过最厚板坯，主要是从以下两点考虑：一是考虑预热轧机及辊道时，可能要用到厚板坯通过；二是防止辊道误操作，使板坯撞坏剪子。

2 剪切力的计算

剪切力计算公式较多，国外一些设计商推荐使用富姆公式，认为从计算结果比较来看，该公式较符合实际情况。

3 剪材的长度尺寸控制

3.1 在液压剪的前面安装一台接触式测温仪，当带材停止时，接触式测温仪测量板材温度，并通过冷缩量公式δ=α×Δt×L0（其中α 为线膨胀系数，Δt为温度差，L0为带材长度）计算出带材在当前温度时和常温状态之间的冷缩量，确定剪切长度L=L0+δ+ΔL/2（L0为公称长度，ΔL为公差）。

3.2 液压剪前设置激光测速仪。当激光测速仪测出的长度与目标值接近时，液压剪前辊道的转速逐渐降低，直至达到目标值后准确停止，液压剪压紧装置压紧带材完成剪切。此种定尺方法，精度能达到±5mm，剪切精度高，避免了后续锯切板材时因前面液压剪剪切不准确而造成的短尺或长尺，提高了产品成材率。

4 结束语

文章从生产工艺角度出发，介绍了各种铝板热轧机组中液压剪不同的设计要求，希望能对液压剪的设计能有所帮助。但目前能获得的液压剪设计资料还很有限，需要设计者和使用方在生产实践中相互协作，以对其改进和完善，满足现代化生产的需要。

参考文献

[1]周建刚，任学平.热带钢连轧機主传动系统的动态研究[J].鞍钢技术，2007.

[2]孟令启，彭光明.中厚板轧机非线性控制过程分析[J].安徽科技学院学报，2011.

[3]郑文广，徐泽宁，胡素影.基于PLC控制的包装钢带卷取机的研制[J].辽宁科技大学学报，2009.