国内的棒材生产企业大多数采用上切式上刀刃垂直剪切的棒材剪断机。刀片做成90°角，四个刃可以轮换使用。上切式剪断机的特点是下刀片固定，上刀片运动。剪切棒材的动作是由上刀的垂直运动来完成的。
　　济南钢铁集团总公司第二小型轧钢厂(简称济钢第二小型轧钢厂)采用φ540mm×1/φ430mm×2/φ280mm×4/φ270mm×1多列式布置、120mm×120mm连铸坯一火轧制小型棒材的生产工艺，年产量35万t。成品棒材的剪断机为2.5MN上切式平行剪断机，最大剪切力为2.5MN。剪断机的主要缺点是：在成品质量方面易出现成品剪切弯头；在轧制节奏方面已经明显表现出剪切能力不足，所以在大规格品种剪切上必须严格控制剪切支数。否则，剪断机安全销折断将影响轧钢生产，成为制约生产的难题。

1 缺陷分析

1.1 成品剪切弯头的产生
　　成品棒材剪断机前是步进式锯齿冷床，使成品棒材由850℃冷却到50～100℃。由于轧制节奏加快，产量大幅度提高，成品棒材在冷床上面的滞留时间较短，不能满足冷却工艺要求。在大规格品种轧制中，实测冷床输出的棒材温度高达300～450℃。对于同一钢种的剪切而言，温度愈低金属愈硬，棒材剪切弯曲小，剪切断面趋于平整；温度愈高最大剪切力愈低，棒材剪切弯曲大，易出现剪切弯头。温度高是造成平行刃剪切弯头的主要因素。
1.2 剪断机的剪切能力不足
　　剪断机是生产工艺线上的在线设备。在大规格品种的生产中，2.5MN的最大剪切力不能满足要求。在1996年采用多机列布置实现120mm×120mm连铸坯一火轧制小型棒材的生产工艺时，曾考虑采用最大剪切力为4MN的剪断机。但是，由于空间限制及行车起吊高度不足等原因，选用了2.5MN剪断机。产量迅速达产后，剪断机的能力明显不足。

2 消除缺陷的技术分析

2.1 利用斜剪切的原理降低剪切载荷
　为了能在不更换大剪切力剪断机的前提下，消除剪切弯头这一质量缺陷，决定采用斜剪切原理改变剪切方式。
　在平行剪切中：
P=τF                      (1)
　式中P——剪切力，N；
    　τ——单位剪切阻力，N/mm²；
  　　F——剪切原始断面积，mm^2[1]。
　　同一钢种在同一温度下剪切，单位剪切阻力τ可视为常量。剪切原始断面积F_max等于剪切支数与每支断面积之和。剪断机的剪切力P 由P₀迅速增加到P_max。当P_max小于剪断机的最大允许载荷时，剪断机正常剪切；当P_max大于剪断机的最大允许载荷时，剪断机安全销折断，剪断机不能进行剪切。
　在斜剪切中，斜剪切主要用于对板材的剪切。根据B.B诺萨利公式：
　P＝P₁+P₂+P₃               (2)
　式中P₁——纯剪切力；
  P₂——轧件被剪掉部分的弯曲力；
　P₃——钢板在剪切区域内的弯曲力^[1]。
　对于棒材而言，它不是钢板的连续剪切，可忽略P2和P3两力的影响，采用下式：
　P＝P₁＝h²/tanα∫τdε       (3)
　式中h ——轧件的高度；
  　　α——刀刃倾斜的角度；
  　　ε——轧件的相对切入深度^[1]。
　在相同情况下，与平行刃剪切相比较，斜剪切在剪切过程中是从轧件的一边向另一边逐渐移动的剪切过程。即在剪切过程中的每一瞬间，剪刃剪断轧件断面长度只是轧件断面的一部分。因而，剪切力大大减小。如图1所示。
  　对图1进行定性分析，可知斜剪切的剪切力远小于平行刃剪切的剪切力。如果确定斜剪切的倾斜角α，通过定量计算证明，斜剪切可以降低剪切载荷，从而提高剪断机的剪切能力。

图1 斜剪切与平行刃剪切的对比