[發明專利]恒溫加熱輔助圓盤剪切割方法

有效

• 申請號: 201310169924.X
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN104139206A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 王英杰;趙春濤;王衛澤;李山青
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B23D19/04
• 分類號: B23D19/04;B23K26/00
• 代理公司: 上海科琪專利代理有限責任公司 31117
• 代理人: 伍賢喆;朱麗琴

技術領域

本發明涉及金屬帶材切割領域，尤其涉及一種金屬帶材激光輔助切割方法。

背景技術

金屬帶材，例如鋼帶、銅帶、鋁帶等，一般均采用冶煉、軋制、精整、分卷、包裝等工藝生產，其中涉及切邊、橫切、縱切等帶材的切割加工。在連續化帶材生產線上，均采用圓盤剪方式完成切邊和縱切分條，屬于機械切割方式，即利用上下剪刃的作用通過塑性滑移制造的裂紋擴展使帶材被切斷。

以鋼帶的圓盤剪為例，一般其生產方式為成卷或全連續切割，切割速度大于280m/min，現有的鍍錫機組可達到400m/min以上，鋼帶強度可達1200MPa，鋼帶厚度可小于0.3mm，其切割規律如圖1所示。其中，塌角1是由切割過程中帶材塑性彎曲產生的，光亮帶2是由帶材內部相對滑移即塑性變形產生的，撕裂帶3是由帶材脆性斷裂產生的，毛刺4是由斷裂時裂紋擴展不充分產生的。

目前，機械切割方式存在無法解決的問題，主要來源于帶材本身。由于帶鋼極薄，要求圓盤剪的間隙非常小，同時帶材強度非常高，使得圓盤剪刀片極易磨損，甚至崩刀，不僅大幅降低刀片使用壽命，而且嚴重影響生產節奏。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種恒溫加熱輔助圓盤剪切割方法，通過有針對性地降低切割區域金屬帶材剪切屈服強度，精確控制加熱溫度，以及切割質量反饋控制，大幅減小了由于強度波動導致的切割力波動，使切割過程更加穩定，增加了刀片的使用安全，延長刀片使用壽命。

本發明是這樣實現的：一種恒溫加熱輔助圓盤剪切割方法，包括以下步驟：

步驟一、根據金屬帶材的性能參數、帶材厚度、圓盤剪參數與所要求的切割質量設定切割溫度；

步驟二、通過切割溫度計算得到加熱溫度；

步驟三、通過圓盤剪參數與激光器參數確定加熱光斑的形狀，并計算得到加熱光斑的尺寸；

步驟四、根據金屬帶材的性能參數、帶材厚度、加熱溫度、加熱光斑的尺寸計算得到激光器的激光輸出功率；

步驟五、當帶鋼頭部到達圓盤剪時，啟動激光器出光，進行帶鋼的切割作業；

以上步驟中，步驟二、三按照任意順序進行。

所述通過切割溫度T_c計算得到加熱溫度T_h，具體為，

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式中，a₁為經驗參數，由帶材運行時的熱邊界條件取值，a₁=100~1000；

a₂為經驗參數，由帶材尺寸規格取值，a₂=-1.5~-0.5。

t為帶材從加熱點運行到切割點的時間；

，L_min為加熱點中心距切割點的最小距離，U為帶材運行速度。

所述加熱光斑的形狀為矩形或橢圓形，光斑寬度w和光斑長度b的具體計算為，

??????????（2）

式中，wt為圓盤剪切割時的切縫寬度，單位mm；

Δw為寬度余量，根據機組跑偏控制精度和激光頭橫向移動控制精度由經驗取值，Δw=0.2~0.5mm；

??????????（3）

式中，L₁為加熱點中心距激光焦點的距離，由激光器參數決定；

L_min為加熱點中心距切割點的最小距離；

d為圓盤剪刀片直徑；

α*為激光光束傾角，由經驗設定，α*=15°~45°；

b₁為激光光束中心距圓盤剪刀片中心最小距離處光束截面長度；

Δb₁為保證激光光束不干涉刀片所留有的余量，由經驗取得，Δb₁=5~10mm。

所述激光器的激光輸出功率F具體計算為，

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式中，U為帶材運行速度，m/min；

F為激光輸出功率，W；

A_s為激光光斑面積，mm²；

ξ為經驗參數，由金屬帶材密度和比熱容取得，ξ=0.3~5.0；

χ為經驗參數，由金屬帶材厚度取得，χ=-0.75~0.0；

A為金屬帶材對激光的吸收率。

本方法還包括通過加熱點溫度反饋對激光輸出功率F進行修正的步驟，利用溫度傳感器測量加熱點溫度，得到加熱點實測溫度T_h*，并做出如下選擇，