1 前言

    紅河鋼鐵有限公司60萬t/a型鋼工程的主要產(chǎn)品包括5#～10#槽鋼、5#～12.5#角鋼、φ25～φ40mm熱軋帶肋鋼筋以及φ20～φ50mm熱軋光面圓鋼。其主軋線粗、中、精軋機(jī)組共布置有16架軋機(jī)和3臺飛剪。該生產(chǎn)線角鋼的產(chǎn)量占全年總產(chǎn)量的25%，角鋼的生產(chǎn)工藝流程為：加熱爐加熱→粗軋機(jī)組軋制→1#飛剪切頭一中軋及精軋機(jī)組軋制→3#成品飛剪切倍尺→冷床冷卻→冷剪切定尺→離線矯直→人工堆垛打捆→稱重打標(biāo)→產(chǎn)品入庫。其中，3#成品飛剪的倍尺剪切效果將直接影響角鋼在冷床上的運(yùn)動和冷卻效果，并影響后續(xù)工序中冷剪切頭量，進(jìn)而影響金屬成材率。若3#成品飛剪使用平剪刃剪切角鋼，在剪切過程中隨著剪刃的閉合，將造成角鋼的兩條腿被壓扁，剪切出來的角鋼頭尾容易產(chǎn)生變形，使后續(xù)工序無法正常生產(chǎn)，制約生產(chǎn)節(jié)奏。因此，3#成品飛剪角鋼剪刃的合理設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

2 角鋼剪刃設(shè)計(jì)

    2.1 成品飛剪及角鋼剪刃三維建模

    由于3#成品飛剪一方面要滿足高速剪切帶肋鋼筋及圓鋼等小規(guī)格軋件的功能要求，同時還要能夠在低速狀態(tài)下剪切大規(guī)格的角鋼和槽鋼，因此3#成品飛剪設(shè)計(jì)為起停式曲柄一回轉(zhuǎn)組合式飛剪，如圖1所示。

圖1 曲柄一回轉(zhuǎn)組合式飛剪

a)曲柄剪模式；b)回轉(zhuǎn)剪模式

    利用Solid Edge軟件對3#成品飛剪及角鋼剪刃進(jìn)行三維建模，并對不同規(guī)格角鋼的剪切過程進(jìn)行模擬，分析角鋼剪切過程中剪刃各點(diǎn)的運(yùn)動軌跡，檢驗(yàn)剪刃重合量和剪刃側(cè)隙對角鋼剪切質(zhì)量的影響，最終對角鋼剪刃形狀進(jìn)行了優(yōu)化。

    2.2 剪切過程分析

    3#成品飛剪采用曲柄模式剪切角鋼的過程如圖2所示。剪切起始待機(jī)狀態(tài)為上曲柄偏心軸方向與角鋼前進(jìn)方向（從右向左）成0°角；經(jīng)過240°角的加速過程以后，剪刃水平分速度達(dá)到剪切速度，進(jìn)入勻速階段；再經(jīng)過17°角的勻速階段以后，上下剪刃開始接觸軋件，剪刃壓入角鋼內(nèi)部進(jìn)行剪切；當(dāng)上下剪刃閉合時，角鋼被完全切斷；隨后上下剪刃分離，飛剪減速制動停車，準(zhǔn)備進(jìn)行下一個剪切動作。

圖2 角鋼剪切過程分析

a)剪切起始待機(jī)狀態(tài)；b）加速過程結(jié)束狀態(tài)；

c)軋件初始剪切狀態(tài)；d)軋件完全剪斷狀態(tài)

    角鋼剪刃優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于確保剪切初始階段上下剪刃能夠同時接觸角鋼進(jìn)行剪切，使剪切過程中上下剪刃同時受力，延長剪刃的使用壽命；同時還應(yīng)確保角鋼完全剪斷時上下剪刃壓人角鋼截面內(nèi)的深度大致相等，使得上下剪刃的磨損程度盡量一致，防止上剪刃或下剪刃發(fā)生過度磨損，造成剪切過程由剪斷變成撕斷而產(chǎn)生毛刺。

    為滿足不同規(guī)格角鋼的剪切要求，需將3#成品飛剪前導(dǎo)槽設(shè)計(jì)成在高度方向上可調(diào)整的導(dǎo)槽，以便于角鋼對中3#飛剪上下剪刃的中心。

圖3 7#、8#角鋼剪刃形狀

a)上剪刃；b）下剪刃

    2.3 剪刃形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)

    角鋼成品飛剪剪刃形狀的設(shè)計(jì)依據(jù)是角鋼成品孔型形狀。為增強(qiáng)角鋼剪刃的共用性，將5#、5.6#和6#角鋼歸為一個系列，共用同一種剪刃。同樣，7#和8#角鋼為一個系列，10#和12.5#角鋼為一個系列。7#、8#角鋼剪刃形狀如圖3所示。

    為增加角鋼剪刃的鋒利程度，便于剪刃順利壓入角鋼內(nèi)部進(jìn)行剪切，在上下剪刃橫截面加工有5°和20°斜角；同時為了減小剪刃局部的應(yīng)力集中，在剪刃各處設(shè)計(jì)有圓角過渡。

3 剪刃使用效果

    生產(chǎn)過程中，8#角鋼成品機(jī)架的軋制速度為8m/s，3#成品飛剪采用曲柄模式進(jìn)行剪切，剪切后角鋼的倍尺成品平直度非常好，在冷床上運(yùn)行順暢，并能夠減小后續(xù)工序中冷剪的切頭量，提高金屬成材率。

    角鋼剪切后的斷面見圖4，剪切過程中存在明顯的剪刃壓入金屬階段和金屬塑形滑移階段。其中上下剪刃壓入角鋼腿部的單邊深度占角鋼腿厚的20%左右，上下剪刃同時壓入角鋼腿部一定的深度以后，依靠金屬的塑性滑移完成剪切過程，可以有效地減少剪刃的磨損。剪切后的角鋼斷面整齊規(guī)則，腿部無壓扁現(xiàn)象，斷面毛刺非常小。

圖4 剪切后的角鋼斷面

4 結(jié)語

    對小型連軋生產(chǎn)線成品飛剪及角鋼剪切過程進(jìn)行了三維模擬仿真，在此基礎(chǔ)上對角鋼飛剪剪刃進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以使剪切初始階段上下剪刃能夠同時接觸角鋼、剪切過程中上下剪刃同時受力，并確保角鋼完全剪斷時上下剪刃壓人角鋼截面內(nèi)的深度大致相等，使上下剪刃的磨損程度盡量一致，延長剪刃壽命。采用優(yōu)化設(shè)計(jì)的角鋼剪刃進(jìn)行剪切，角鋼剪切斷面平整，腿部無壓扁現(xiàn)象，倍尺成品平直度非常好，便于在冷床上順利冷卻，并減少了冷剪切頭量，提高了產(chǎn)品成材率。

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