武钢硅钢CS3线切边圆盘剪由西安重型机械研究所设计制造，主要是用来切除钢带边部缺陷，改善钢带宽度方向的对中精度和侧边断面处的表面质量。在实际生产中，由于长期剪切，不可避免的会出现剪刃磨损、轴向窜动、剪刃重合度超出工作需求值等现象，这些都会影响带钢的切边质量。因此，有必要对其进行定期修复、保养。
1、切边圆盘剪的结构
CS3线切边圆盘剪属于偏心式调整结构，主要由传动机构、左右机架、上下刀轴、上下剪刃和端部调整机构组合而成的。刀轴端部设有轴承、偏心套、定距环、防滑装置、传动齿轮及蜗杆、锁紧端盖、锁紧螺母等部件。偏心套端部的啮合齿轮与机架上部的蜗轮蜗杆相连，可以调整上下剪刃的重合度。其外形结构如图1所示。
图1：切边圆盘剪外形简图
2、切边圆盘剪的工作原理
切边圆盘剪的切边是由上下2组垂直错位的圆形刀片来完成的。其剪切过程一般可分为4个阶段，即挤压的弹性变形阶段，滑移塑性变形阶段，剪裂阶段和分离阶段。操作者利用刀轴端部的手动调整机构调整剪刃侧向间隙和重合度，当带钢通过时，在剪切力的作用下，接触区域会产生变形。这种变形随着咬入角度的变化而增加。当变形量达到一定的极限时，受压部分就会从带钢本体上断裂，从而实现剪切。其切边工作状态如图2所示。
图2：切边圆盘剪切边示意图
3、修复前准备
圆盘剪修复前应保护性拆下活动机架。取出刀轴，拆除刀轴上的防滑装置、轴承、偏心套及其余各部件；清洗拆下各零部件表面的油污并归类整理好。在机床上用千分表检查刀轴、剪刃的跳动情况。检测时应尽可能多的选取检测点，记录好相关的检测数据，并对应做好标识。对照检测结果确定合理的修复方案。
4、圆盘剪的修复
4.1、修复的技术要求及检测方法
影响带钢切边质量的因素较多，如剪刃是否锋利；上下剪刃的重合度；剪刃侧隙；带钢的材质、剪切温度等等。相关的参数值若调整不当，不仅不能保证带钢的切边质量，还会影响圆盘剪的使用寿命。综合生产实践及设计准则，圆盘剪修复调整主要技术要求有以下几点：1）上下刀轴空间平行度≤0.02mm；2）刀轴轴肩端面跳动≤0.002mm；3）上下刀轴的轴向窜动≤0.005mm；4）上下刀轴径向间隙≤0.015mm；5）刀轴与生产中心线的垂直度≤0.03mm。
从修复的角度上讲，其精度的确定主要取决于重合度和剪刃侧向间隙的调整。
对于剪刃侧隙和重合度的测量，现场一般采用塞尺塞入的方法。只需将塞尺竖立塞入上下剪刃间缝隙或沿剪轴轴向左右移动平铺塞入上下剪刃间缝隙，以塞尺较费力塞入缝隙的数值为测量结果。为保证测量的精确性，应尽可能多的选取测量点，取最优测量值。也可采用专用检测仪器测量。
4.2、重合度的优化
剪刃的重合度是确保带钢剪切断面具有平整的切断层和撕裂层的必要条件。CS3切边圆盘剪的重合度主要是通过手动操作刀轴端部的调整机构来实现的。上下两刀轴由轴端部的轴承将其定位在偏心套内，偏心套端部装有互相啮合的齿轮，与机架上部的蜗轮蜗杆相连。控制调整时，两侧蜗杆蜗轮机构同步转动；上下两刀轴中心线会分别以两偏心套的外圆中心做对称的旋转；从而改变两刀轴中心间距，达到调整重合度的目的。
在实际调整中，不同材质、不同规格的钢带可以采用式（1）来选取适当的重合度：
式中：R为上剪刃的半径；Δ为重合度；e为圆盘剪上剪刃中心线的距离；h为带钢的厚度；a为切断层次的厚度，它与带钢的厚度、材质及剪刃的侧间隙有关。
4.3、剪刃侧隙的确定
适当的剪刃侧隙是确保带钢切边断面质量的主要工艺参数之一。圆盘剪剪刃的精度、刀轴的轴向定位、剪轴的变形都会影响其侧隙调整。根据生产实践总结，侧隙还跟带钢的厚度和带钢的力学性能有关。带钢越厚，强度越高，则其侧隙值要求越大。根据现场带钢切边经验，剪刃侧隙值可按带钢厚度的0.1~0.2倍设定。
依据剪切中塑性变形后上下剪刀刃口处上下裂纹的重合原理，可以从式（2）计算出剪刃的侧隙。
式中：T为带钢的厚度；A为圆角区高度；B为光亮区厚度；（A+B）/T为产生裂纹时，上剪刃挤入板料的相对深度；β为裂纹夹角。
由上式可知，侧隙值与带钢的厚度和压入深度、裂纹夹角有关；当带钢厚度增大时，裂纹夹角变化不大；因此侧隙的大小还是取决于A、B的大小，即带钢的材质和厚度。在实际生产中，带钢不同，材质不同；A、B值也就不同，而A、B唯有通过切边试验获得。
4.4、偏心套的优化
偏心套的制造精度会直接影响到重合度的调整。正确的加工要点和检测程序对其至关重要。为减小偏心套的加工误差，应使用同一方向、同一工装装夹。偏心套的材质可选用42CrMo，在制造的过程中需要安排适当的热处理工序。如锻后正火；粗加工后调质，提高机械性能；粗加工后进行消除加工应力等稳定处理。在精加工之后做渗氮处理，提高表面的耐磨性和抗蚀性能。加工时，应增加使用千分表检测的频率。确保前后轴承安装孔的同轴度及偏心孔中心轴线与外圆基准轴线的平行度状况。加工完成后，用内、外径千分表检查偏心套的内孔及外圆的跳动情况。同时确定偏心的最佳位置并做好标记。偏心套结构如图3所示。
图3：偏心套加工示意图
4.5、轴向调整机构的优化
轴向固定主要是对刀轴端部防滑装置和调整机构进行优化。为确保工作精度和修复质量，通常应对防滑装置支撑套重新制造更换。在制造工程中，为了使其具备良好的综合力学性能和尺寸精度，其制造应严格参照偏心套的制造要点进行。防滑装置支撑套的加工如图4所示。
图4：防滑装置支撑套加工图
对于刀轴端部轴向调整机构的优化，其特征在于：首先将刀轴装配到位并固定好，确保轴向无窜动。然后再通过销轴、弹簧及轴向调节螺栓对其定位压紧。待轴向位置确定后，配加工支撑套外圆处的锁紧螺钉。同时应保证活动板与销轴的组合件在固定板的孔中移动灵活无卡阻。其中活动板与销轴装配调整好后，应对其定位处螺钉做堆焊紧固处理，防止长时间使用后疲劳松动。通过优化很大程度上提高了轴向窜动间隙的调整精度，且操作极为便捷。其结构优化如图5所示。
图5：防滑装置优化后内部结构组装图
4.6、剪刃的选择
剪刃的精度要求主要有：1）剪刃厚度误差满足±0.002mm；2）剪刃两端面平行度≤0.002mm；3）剪刃端面跳动≤0.02mm。剪刃的物理尺寸一般包括剪刃直径D和厚度δ。在结构尺寸允许的情况下，应尽量选用较小直径的圆盘刀片。剪刃的直径D主要根据被剪切带钢的厚度h来选定，其最小允许值与重合度s和最大咬入角α存在下式的关系：
其中：最大咬入角α一般取10°~15°；也可根据剪切速度来选取。
当咬入角α＝10°~15°时，圆盘剪刀片直径通常在下列范围选取：D＝（40~125）h。
当剪切厚钢板（h＝40mm）时，圆盘剪刀片直径通常在下列范围选取：D＝（22~25）h。
圆盘刀片的厚度δ一般取为δ＝（0.06~0.1）D。
5、工艺优化后的效果
1）对圆盘剪的关键部件偏心套改选用42CrMo材质，并在其制造的过程中安排适当的热处理工序，提高了偏心套表面的耐磨性和抗蚀性，提高了偏心套的使用寿命。
2）用理论公式确定重合度和剪刃侧隙的数值，同时规范了剪刃的选取标准，有效地提高了圆盘剪的修复效率，确保了修复精度。
3）优化后的防滑装置，使得刀轴轴向调整更为便捷，可实现无需拆机在线调整。通过采取一系列的工艺优化措施，使得圆盘剪的使用效果得到明显改善。不仅确保了带钢的切边质量，其修复周期也由半年延长至1年以上。
6、结语
针对偏心套、防滑装置的工艺改进和结构调整，极大地改善了剪刃侧隙和重合度的调整精度，达到了理想的修复效果，赢得了用户的认可。同时为圆盘剪的修复提供了技术指导，为设备的优化改造积累了经验。
收稿时间：2012年7月
来源：武钢
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