1 前言
红河钢铁有限公司60万t/a型钢工程的主要产品包括5#～10#槽钢、5#～12.5#角钢、φ25～φ40mm热轧带肋钢筋以及φ20～φ50mm热轧光面圆钢。其主轧线粗、中、精轧机组共布置有16架轧机和3台飞剪。该生产线角钢的产量占全年总产量的25%，角钢的生产工艺流程为：加热炉加热→粗轧机组轧制→1#飞剪切头一中轧及精轧机组轧制→3#成品飞剪切倍尺→冷床冷却→冷剪切定尺→离线矫直→人工堆垛打捆→称重打标→产品入库。其中，3#成品飞剪的倍尺剪切效果将直接影响角钢在冷床上的运动和冷却效果，并影响后续工序中冷剪切头量，进而影响金属成材率。若3#成品飞剪使用平剪刃剪切角钢，在剪切过程中随着剪刃的闭合，将造成角钢的两条腿被压扁，剪切出来的角钢头尾容易产生变形，使后续工序无法正常生产，制约生产节奏。因此，3#成品飞剪角钢剪刃的合理设计至关重要。
2 角钢剪刃设计
2.1 成品飞剪及角钢剪刃三维建模
由于3#成品飞剪一方面要满足高速剪切带肋钢筋及圆钢等小规格轧件的功能要求，同时还要能够在低速状态下剪切大规格的角钢和槽钢，因此3#成品飞剪设计为起停式曲柄一回转组合式飞剪，如图1所示。
图1 曲柄一回转组合式飞剪
a)曲柄剪模式；b)回转剪模式
利用Solid Edge软件对3#成品飞剪及角钢剪刃进行三维建模，并对不同规格角钢的剪切过程进行模拟，分析角钢剪切过程中剪刃各点的运动轨迹，检验剪刃重合量和剪刃侧隙对角钢剪切质量的影响，最终对角钢剪刃形状进行了优化。
2.2 剪切过程分析
3#成品飞剪采用曲柄模式剪切角钢的过程如图2所示。剪切起始待机状态为上曲柄偏心轴方向与角钢前进方向（从右向左）成0°角；经过240°角的加速过程以后，剪刃水平分速度达到剪切速度，进入匀速阶段；再经过17°角的匀速阶段以后，上下剪刃开始接触轧件，剪刃压入角钢内部进行剪切；当上下剪刃闭合时，角钢被完全切断；随后上下剪刃分离，飞剪减速制动停车，准备进行下一个剪切动作。
图2 角钢剪切过程分析
a)剪切起始待机状态；b）加速过程结束状态；
c)轧件初始剪切状态；d)轧件完全剪断状态
角钢剪刃优化设计的关键在于确保剪切初始阶段上下剪刃能够同时接触角钢进行剪切，使剪切过程中上下剪刃同时受力，延长剪刃的使用寿命；同时还应确保角钢完全剪断时上下剪刃压人角钢截面内的深度大致相等，使得上下剪刃的磨损程度尽量一致，防止上剪刃或下剪刃发生过度磨损，造成剪切过程由剪断变成撕断而产生毛刺。
为满足不同规格角钢的剪切要求，需将3#成品飞剪前导槽设计成在高度方向上可调整的导槽，以便于角钢对中3#飞剪上下剪刃的中心。
图3 7#、8#角钢剪刃形状
a)上剪刃；b）下剪刃
2.3 剪刃形状优化设计
角钢成品飞剪剪刃形状的设计依据是角钢成品孔型形状。为增强角钢剪刃的共用性，将5#、5.6#和6#角钢归为一个系列，共用同一种剪刃。同样，7#和8#角钢为一个系列，10#和12.5#角钢为一个系列。7#、8#角钢剪刃形状如图3所示。
为增加角钢剪刃的锋利程度，便于剪刃顺利压入角钢内部进行剪切，在上下剪刃横截面加工有5°和20°斜角；同时为了减小剪刃局部的应力集中，在剪刃各处设计有圆角过渡。
3 剪刃使用效果
生产过程中，8#角钢成品机架的轧制速度为8m/s，3#成品飞剪采用曲柄模式进行剪切，剪切后角钢的倍尺成品平直度非常好，在冷床上运行顺畅，并能够减小后续工序中冷剪的切头量，提高金属成材率。
角钢剪切后的断面见图4，剪切过程中存在明显的剪刃压入金属阶段和金属塑形滑移阶段。其中上下剪刃压入角钢腿部的单边深度占角钢腿厚的20%左右，上下剪刃同时压入角钢腿部一定的深度以后，依靠金属的塑性滑移完成剪切过程，可以有效地减少剪刃的磨损。剪切后的角钢断面整齐规则，腿部无压扁现象，断面毛刺非常小。
图4 剪切后的角钢断面
4 结语
对小型连轧生产线成品飞剪及角钢剪切过程进行了三维模拟仿真，在此基础上对角钢飞剪剪刃进行了优化设计，以使剪切初始阶段上下剪刃能够同时接触角钢、剪切过程中上下剪刃同时受力，并确保角钢完全剪断时上下剪刃压人角钢截面内的深度大致相等，使上下剪刃的磨损程度尽量一致，延长剪刃寿命。采用优化设计的角钢剪刃进行剪切，角钢剪切断面平整，腿部无压扁现象，倍尺成品平直度非常好，便于在冷床上顺利冷却，并减少了冷剪切头量，提高了产品成材率。
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本文标题：角钢飞剪剪刃设计
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