孫克儉

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司 特鋼事業(yè)部，山東 萊蕪 271104)

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特殊鋼廠(chǎng)冷剪優(yōu)化升級(jí)的研究與應(yīng)用

孫克儉

(山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司 特鋼事業(yè)部，山東 萊蕪 271104)

萊鋼特殊鋼廠(chǎng)冷剪剪切質(zhì)量不能很好地滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，特別是冷剪剪切φ30mm以上的圓鋼時(shí)，剪切容易出現(xiàn)馬蹄形斷面，影響了鋼材的端部質(zhì)量和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)進(jìn)行冷剪優(yōu)化升級(jí)改造，促進(jìn)了小型車(chē)間軋材質(zhì)量的提升，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

500t冷剪；馬蹄形斷面；C型結(jié)構(gòu)；龍門(mén)框架；優(yōu)化

作為我國(guó)未來(lái)支柱產(chǎn)業(yè)的汽車(chē)工業(yè)正成為特鋼行業(yè)發(fā)展的有利支撐條件。目前，特鋼總體裝備水平偏低等問(wèn)題給筆者單位生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和質(zhì)量提升帶來(lái)較大的難度。國(guó)內(nèi)許多鋼廠(chǎng)，如興澄、石家莊等都配置了多條鋼材精整線(xiàn)，且已投入使用，用于生產(chǎn)高檔汽車(chē)和機(jī)械用鋼，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的深加工和提升鋼材的附加值。萊鋼特殊鋼廠(chǎng)小型成材車(chē)間年產(chǎn)能力40萬(wàn)t，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，用戶(hù)對(duì)棒材的使用性能和鋼材外在質(zhì)量提出了較高的要求，而且提高鋼材端面、表面及包裝質(zhì)量，對(duì)提高特鋼產(chǎn)品的品牌形象至關(guān)重要。目前現(xiàn)有的精整設(shè)備配置水平較低且不配套，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足汽車(chē)用鋼和深加工的要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鋼材質(zhì)量本質(zhì)化的提高。存在的主要問(wèn)題是冷剪剪切質(zhì)量不能很好地滿(mǎn)足客戶(hù)的要求，特別是冷剪剪切φ30mm以上的圓鋼時(shí)，容易出現(xiàn)馬蹄形斷面，從而影響鋼材的端部質(zhì)量和產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

1　技術(shù)方案研究

借鑒目前比較先進(jìn)的圓鋼剪切設(shè)備技術(shù)，對(duì)研究方案各環(huán)節(jié)進(jìn)行充分研究、分析和優(yōu)化，即在滿(mǎn)足生產(chǎn)效率和剪切質(zhì)量的前提下，盡量延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，并且節(jié)約設(shè)備的維護(hù)成本[1-2]。研究技術(shù)改進(jìn)方案如下。

1)由于原來(lái)生產(chǎn)線(xiàn)上裝配的400t冷剪,已逐漸不能滿(mǎn)足快節(jié)奏生產(chǎn)的需要，因此將400t冷剪改進(jìn)為500t冷剪，將剪體的最大剪切力由400t增大到500t，剪刃寬度增大到1 000mm。這樣一來(lái)，剪切范圍可擴(kuò)大到φ60mm，可解決剪切φ30mm以上棒材時(shí)出現(xiàn)的馬蹄形斷面問(wèn)題，并且可以大幅提高剪切效率，如φ45mm的圓鋼原來(lái)一次只能剪6根，改造后一次可以剪12根。

2)改殼體C型鑄造受力結(jié)構(gòu)為龍門(mén)框架結(jié)構(gòu)，可解決殼體開(kāi)裂問(wèn)題，剪體剛度得到明顯提高。原400t冷剪時(shí)加固實(shí)施方案是在冷剪下剪刃基座上固定1根M100螺桿，在東側(cè)箱體加固筋上增設(shè)1根M100螺桿，在剪體上方增設(shè)一箱體梁；這樣可組成一龍門(mén)框架，將剪切力分解在2根M100螺桿上，有效地控制殼體上的裂紋延展，從而延長(zhǎng)冷剪的使用壽命。新500t冷剪設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方案是殼體C型結(jié)構(gòu)受力結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增設(shè)2根預(yù)緊力高壓螺母，改為龍門(mén)框架結(jié)構(gòu)，使應(yīng)力線(xiàn)縮短一半，剪體剛度得到明顯提高。

3)用定位銷(xiāo)取代方鍵，可減輕螺栓所受的剪切應(yīng)力，從而避免了螺栓頻繁斷裂。原設(shè)計(jì)是剪頭前面板與剪體之間采用10—φ30mm螺栓聯(lián)接、2塊40mm方鍵定位受力，因方鍵槽嚴(yán)重變型，剪切時(shí)面板受力，直接作用10—φ30mm螺栓上，導(dǎo)致螺栓頻繁斷裂。改進(jìn)后在面板與剪體接合面處用磁力鉆分布鉆4—φ32mm孔，配用φ32mm定位銷(xiāo)代替方鍵定位，以減輕螺栓所受剪切力。

4) 加大剪頭提升銷(xiāo)的直徑，并對(duì)滑架加裝緩沖裝置，可避免提升銷(xiāo)斷裂。將剪頭內(nèi)的滑架提升銷(xiāo)直徑由φ35mm增大到φ50mm；同時(shí)在滑架上方增設(shè)4組碟簧，以防止剪頭下落極限位時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊，發(fā)生提升銷(xiāo)易變形斷裂的現(xiàn)象。

5)進(jìn)一步優(yōu)化殼體鑄造結(jié)構(gòu)，提高整體剛度，降低鑄造缺陷，并針對(duì)應(yīng)力集中處斷面結(jié)構(gòu)改進(jìn)改善剛度。

6)曲軸裝配采用膨脹套無(wú)鍵連接技術(shù)，氣動(dòng)齊頭裝置改為上掛式結(jié)構(gòu)，并且采用錨鏈軟連接。

2　總體性能比較

改進(jìn)后的冷剪與原冷剪技術(shù)性能比較見(jiàn)表1。

表1　升級(jí)后的500 t冷剪技術(shù)改進(jìn)分析對(duì)比

(續(xù)表)

3　技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)如下。

1)曲軸裝配采用膨脹套無(wú)鍵連接專(zhuān)利技術(shù)。膨脹套(又稱(chēng)脹緊聯(lián)結(jié)套、免鍵軸承等)是一種無(wú)鍵連接裝置，其原理和用途是通過(guò)高強(qiáng)度拉力螺栓的作用，在內(nèi)環(huán)與軸之間、外環(huán)與輪轂之間產(chǎn)生巨大抱緊力，以實(shí)現(xiàn)機(jī)件與軸的無(wú)鍵連接。當(dāng)承受負(fù)荷時(shí)，靠脹套與機(jī)件、軸的結(jié)合壓力及相伴產(chǎn)生的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩、軸向力或二者的復(fù)合載荷。脹套連接主要有以下優(yōu)點(diǎn)：對(duì)中精度高；安裝/調(diào)整/拆卸方便；強(qiáng)度高，聯(lián)結(jié)穩(wěn)定可靠；在超載時(shí)可以保護(hù)設(shè)備不受損壞，尤其適用于傳遞重型負(fù)荷。因此，特別適用于冷剪重負(fù)載沖擊載荷使用。

2)剪體機(jī)架采用預(yù)緊力技術(shù)。液壓螺母預(yù)緊力技術(shù)是先進(jìn)的螺栓緊固系統(tǒng)，與液壓拉伸器工作原理相同，主要用于狹窄空間的緊固件裝配和重負(fù)載震動(dòng)機(jī)械的緊固。它改革了傳統(tǒng)的緊固方法，用液壓系統(tǒng)使被緊固螺栓通過(guò)純軸向拉伸，精確達(dá)到預(yù)定載荷，然后機(jī)械鎖定在緊固件上，從而完成緊固工作。由于螺桿只受純拉伸力，螺栓副的預(yù)緊力可提高20%～30%。采用THM液壓螺母具有以下特點(diǎn)：拉伸方式不受螺栓潤(rùn)滑效果和螺紋摩擦大小的影響，可以得到更為精確的螺栓載荷?？蓪?duì)多個(gè)螺栓進(jìn)行同步拉伸，使整圈螺栓受力均勻，得到均衡的載荷。由于采用最先進(jìn)的超高壓技術(shù)，可以在很小的空間內(nèi)完成螺栓的鎖緊。采用拉伸方式對(duì)螺栓進(jìn)行緊固，得到的剩余載荷和有效載荷要比力矩方式更大，因而更適用于緊固精度要求較高的接合應(yīng)用，它能使連接面受力均勻地實(shí)現(xiàn)接合，真正地防止泄漏。

使用效果：剪體機(jī)架采用預(yù)緊力螺栓，形成龍門(mén)框架，機(jī)架剛度明顯提高，剪切質(zhì)量良好、穩(wěn)定，杜絕馬蹄形口等現(xiàn)象的發(fā)生，很好地滿(mǎn)足了市場(chǎng)需求。

3)碟簧技術(shù)應(yīng)用。碟簧優(yōu)點(diǎn)：剛度大，緩沖吸振能力強(qiáng)，能以小變形承受大載荷，適合于軸向空間要求小的場(chǎng)合；具有變剛度特性，碟形彈簧具有體積小、負(fù)荷大和組合使用方便等特性，同時(shí)具有載荷集中傳遞的優(yōu)點(diǎn)。

使用效果：在剪頭方增設(shè)4組碟簧，防止剪頭下落極限位時(shí)產(chǎn)生較大的沖擊，避免提升銷(xiāo)變形斷裂。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，萊鋼特殊鋼廠(chǎng)500t冷剪優(yōu)化升級(jí)改造的研究與應(yīng)用項(xiàng)目的實(shí)施，促進(jìn)了小型車(chē)間軋材質(zhì)量的提升，經(jīng)濟(jì)效益顯著，為提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力做出了貢獻(xiàn)。該項(xiàng)目選項(xiàng)合理，設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新之處，所用技術(shù)先進(jìn)，完全達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)和生產(chǎn)要求，具有較大推廣應(yīng)用價(jià)值。

[1] 袁若. 冷剪剪切過(guò)程分析[J].黑龍江科技信息，2015(11)：25-27.

[2] 楊雪萍. 提高大規(guī)格冷剪剪切質(zhì)量的措施[J].柳鋼科技，2014(4)：36-38.

責(zé)任編輯馬彤

ResearchandApplicationofOptimizationandUpgradingofColdShearinSpecialSteelPlant

SUNKejian

(ShandongIronandSteelLimitedbyShareLtd.LaiwuBranchSpecialSteelDivision,Laiwu271104,China)

LaigangSpecialsteelcoldshearshearqualitycouldnotmeetcustomerrequirementverywell.Whenmeetingthecoldshearsheareddiameterof30mmabovethebar,theshearsectionispronetohorseshoe,andimpactthesteelendproductqualityandmarketcompetitiveness.Throughthecoldshearoptimizationandupgrading,promotthesmallsectionrollingworkshopmaterialquality,significanteconomicbenefit,improvethesteelplantinthemarketcompetitivenessoftheproducts.

500tcoolshear，horseshoeshapedsection， “C”structure，gantryframe,optimization

2016-05-13

TG333.21B

孫克儉(19- )，男，工程師，主要從事冶金設(shè)備自動(dòng)化控制等方面的研究。