冷轧冲孔机设计及应用研究

韩姝红，朱伟见，夏浩

（1.鞍钢教育培训中心；2.鞍钢股份冷轧厂，辽宁 鞍山 114032）

随着钢铁行业的高速发展，市场对冷轧带钢的需求量越来越大，同时对钢带质量的要求也越来越高。为更好地提高冷轧带钢的产品质量，占据更大的市场份额，为企业创效，鞍钢股份公司冷轧厂在原有的老盐酸机组上进行了改造，在原有米巴赫焊机的后面新增了一台冲孔机，目的是在带头带尾的焊接处进行冲孔，以实现带钢焊缝的准确跟踪，满足整条机组的连续运行。冲孔机需要满足以下条件：保证在带钢焊缝附近的带钢中间位置冲孔；冲头寿命要满足5000 卷/个；实现自动冲孔。为满足以上条件，设计了一款打孔机，并应用于冷轧生产线。

1 产线介绍

鞍钢冷轧薄板厂1#生产线是年产60 万吨优质冷轧板的冷轧酸洗—轧机联合机组生产线，产品品种主要有低碳钢（SPHC,SPHD,SPHE）、结构钢（St37-2,St44－ 2,St50-2,St52-3）、汽车结构用钢（SAPH310～440）、汽车大梁用钢板（B510L）、汽车车轮用钢（B330CL，B380CL，B420CL）、冷变形用热轧细晶粒钢板（QstE340TM～550TM）、锅炉和压力容器用钢板（SB410，19Mn6）、IF 钢及热轧酸洗板等。主体设备包括：具有液压闭环自动厚度控制的五机架连轧机，高效全氢罩式退火炉，平整、横切机组和新增加的出口双卷取及飞剪设备。采用浅槽紊流盐酸洗工艺，运用先进的板型控制技术，高精度的厚度控制技术等，使厚度控制精度有了可靠的保证。产线工艺流程见图1。

图1 冷轧生产工艺流程

2 打孔机设计背景

冷轧厂1#线盐酸洗机组设备老化，产品质量不好，产品种类单一。2011 年，冷轧厂对盐酸洗机组设备进行升级改造，头部焊机采用米巴赫闪光焊机，由于投入资金问题，焊机利旧。但是由于机组设计的是酸洗连轧生产机组，为保证连轧生产的顺利进行，需要准确确认带钢头尾焊接焊缝位置，所以在机组升级改造时，增加了焊缝跟踪系统。焊缝跟踪是通过焊机后冲孔机冲出的圆孔进行跟踪。原有焊机后冲孔设计在带钢边部，在焊缝跟踪过程中由于带钢的宽度不同，不同规格钢带的冲孔位置有偏差，在焊缝跟踪时会发生误差。所以机组设备升级改造中，冲孔机的设计改造是必不可少的一部分。

3 冲孔机设计方案

3.1 冲孔机设计方案制定原则

（1）根据现场实际进行尺寸测量并设计，确保冲孔机的安装无误差。

（2）对冲孔机的上下机架、冲孔和冲模进行力学分析计算，确保冲孔机的强度和寿命。

（3）利用原有的液压系统，与焊机焊接程序相衔接，保证冲孔机冲孔的稳定性。

3.2 冲孔机的力学分析

3.2.1 冲孔机冲压力的计算

在计算冲孔机的冲压力时，冲孔最小尺寸与孔的形状、材料机械性能和材料厚度有关。计算后进行验证分析，这样才能保证冲孔机对所有带钢冲孔的稳定性。最小可冲孔眼尺寸见表1。

表1 最小可冲孔眼尺寸（为板厚的倍数）

根据表1，1#生产线选择钢（σb ＞700MPa)，圆孔直径1.5 倍板厚，则可设计的最小冲孔直径为1.5×1.6=9.0mm，结合生产实际，为了提高冲头的寿命和冲头的安全性，选择冲孔大小为15mm。

考虑冲孔是带钢完全受到剪切力的作用使得带钢被冲穿，利用剪切力公式可以得到以下计算数据。

可以计算出液压缸给与带钢的最小冲孔力为：

液压系统压力为P=8MPa，由此可以计算出液压缸活塞面积为

根据以上的计算数据，我们可以选择液压缸的活塞直径为250mm，再结合冲孔机机械结构尺寸，最终选择液压缸活塞直径为280mm，冲孔机的冲孔液压缸选择完成。

根据以上分析及现场实际测量，决定在焊机挖边剪和牵引小车之间设计安装1 台新制的冲孔机，冲孔机冲孔大小为φ15mm 大小的圆孔，液压缸活塞直径为280mm，冲孔带钢厚度为1.8～6.0mm 的冲孔机，可以适用于所有生产品种与规格。

3.2.2 冲孔机的结构设计

根据冲孔机安装的位置和空间，根据现场的实际测量，在保证安装空间不与其他设备干涉的情况下，我们选择冲孔机的外形尺寸为2380×1696×550，冲孔机分为上下两个框架，然后利用螺栓连接，同时连接部位用绝缘板隔开，避免焊机绝缘不好造成焊机烧损，机构简图见图2。安装完成后，经过试车冲孔效果很好，达到准确跟踪的目的。

图2 冲孔机设计简图

4 结语

不同宽度钢板由于冲孔位置不同，造成连轧生产中带钢焊缝跟踪不准确，从而影响连续作业，通过计算与现场现有设备现状的结合，设计出一款适合冷轧1#生产线的冲孔机，满足以下条件。

（1）在头尾焊接焊缝附近带钢冲孔位置居中，改善不同宽度边部冲孔跟踪不准确问题。

（2）采用冲孔大小为15mm，满足每个冲头工作5000个钢卷。

（3）液压缸活塞直径为280mm，保证连续自动冲孔。

安装完成后，经过试车冲孔效果很好，达到准确跟踪目的，保证了产线的连续化生产。