在楔横轧生产过程中，通常采用成对轧制方案，轧件两端产生料头，传统处理方法是利用冷锯去除料头，并将成对轧件分割为两件。该方法不仅增加了生产流程中的中间环节，还提升了人工成本和劳动强度，降低了生产效率。为解决这一问题，部分企业采取了轧制过程中的热切断技术，即在模具上增设切刀，在轧件成形后进行切断。该方法对于两端料头的切断效果较为理想，但中间部分由于两侧排料的切断效果欠佳，常出现椭圆变形、螺旋台阶等问题，这些问题对后续机加工的影响尚可接受。然而，随着楔横轧技术的发展，其不仅作为主要成形工艺，也逐渐被用作预成形工艺，为后续终锻工序提供预制坯，见图1、图2。
图1 楔横轧预制坯
图2 终锻成形
在作为预制坯的应用中，对中间切断部分提出了更高的要求。若切断时端部出现螺旋台阶，将导致后续终锻工序产生折叠、裂纹等缺陷；若端部直径增大，将使得下工步难以将工件放入模具型腔；端面局部变形则会导致充不满。针对上述问题，本文进行了深入的分析和探讨，结合产品试验，研究了切断成形的机理以及缺陷产生的原因，并提出了相应的控制方案。
原理分析
切刀形式
如图3、图4 所示，轧制过程切断用的切刀包括刀体和刃口两部分，刃口从前往后又分为渐高区域、等高区域和卸载区域；刃口主要分为两种，一种是单边刃口，一种是双边刃口；其中，α 为成形角、δ为切刀刀体厚度、δ0 为切刀最小厚度、L 为切刀长度、L1 为渐高长度。
图3 切刀示意图
图4 刃口形式
图5 模具、切刀和轧件位置关系
产生机理
楔横轧切刀分为上下两部分，分别安装在上下模具上，切断时切刀逐渐楔入轧件，直到切到最高点，即上下切刀相交将轧件切断，再进入卸载区，完成切断工作。
在切断过程中，体积保持不变，多余的金属料就需要往一侧或两侧移动，对于单边刃口的切刀，金属料都排到了一侧，则另一侧质量较好，一般将质量好的面放到轧件上，料头的切除都是用的此种切刀，将质量不佳的一侧放到料头上，可以不做过多的控制。但是对于中间切断来说，由于两侧都是轧件，要兼顾两侧切断质量，因此对切断过程控制需要严格把控，不然会出现杆部变形、螺旋台阶、杆部椭圆等问题，这些问题最终导致折叠裂纹、未充满，见图6。
图6 终锻缺陷
⑴使用Deform-3D 模拟软件进行模拟分析，过程中忽略轧件、模具的弹性变形，对切刀成形角α、切刀最小厚度δ0、切刀长度L、渐高长度L1 分别做分析。
切刀的刃口部分，比较类似于楔横轧的楔入段、展宽段、精整段，也有着成形角，但是相比较楔横轧模具参数，切刀的参数要更特殊，比如成形角会达到70°甚至更大，其成形规律符合楔横轧楔入展宽原理，在上下切刀刃口的作用下，轧件切断面形成对称的变形区，该变形区呈现阿基米德螺旋状特性，最终形成螺旋状台阶，见图7。
图7 螺旋台阶
图8 不同成形角对比
图9 轧件切断时不旋转
如果切刀成形角过大，则切刀排出的金属料将往杆部堆积，促使杆部直径变大，且有不旋转的趋势，当取极限值90°时表现极为明显。切刀渐高刃口长度及切刀总长度适当增加可以减少缺陷的发生，改善切断质量。
⑵中间切刀设置在轧件成形完成之后，此时轧件没有了模具展宽提供的摩擦力，摩擦力的降低极易导致轧件不旋转，从而出现切断失败、椭圆等问题。同时模具与轧件有接触，在切断过程中其摩擦力也会对切断效果产生一定的影响。
⑶楔横轧成形温度一般在1050 ～1200℃，采用中频炉加热，过程使用快速链条传递，在此过程中会出现料段温度波动大、料段加热不均匀等现象；轧制成形过程中模具需要浇水冷却，冷却水从上方流下沿着模具楔形往中间汇聚，集中到料段中间区域，使此位置温降过快且呈现上面温度低、下面温度高的阴阳面现象。温度过高过低、不均匀都会使轧件在切断时端面变形受到影响，从而出现杆部不圆、端面缺料的现象。
过程控制
切断过程比较短暂，同时受到切刀、模具、温度等多种因素影响，过程调整时应综合考虑各个因素的影响，尝试从多个方面进行控制。
切刀控制
切刀采用H13 材质，经十字锻造后热处理使用，硬度为50 ～60HRC。切刀刀体厚度为8 ～10mm，刃口最小厚度为1.5 ～2mm，可以满足切断条件同时强度足够，能有效抵抗过程磨损，刀具寿命满足使用需求，如刃口厚度太小则极易磨损造成切断困难。切刀成形角为65°～85°，可以比较好地控制切断状态，端面锥度不影响后续终锻，减少杆部直径变大；受模具整体长度的影响切刀长度不能做得太长，但仍需保证渐高刃口长度和等高刃口长度≥0.6πDk，才能保证切断面效果；切刀成形面上可以打轻微刻痕以增大摩擦力，控制刻痕深度＜0.5mm。上下切刀安装准确，切入的各个阶段应同时进行，上下切刀的对应侧保持在地面的垂直线上。
模具控制
虽然切断发生在轧件成形完成之后，但是由于轧件还处于模具型腔之中，模具对轧件的摩擦力还是会影响到切断过程。首先，在适当区域对轧件增加摩擦力，可以促进轧件旋转，促使切断过程旋转顺畅；其次，模具对轧件的轴向摩擦力可以防止切断时轧件轴向移动过大，因此分别对模具上下左右四个产生影响的区域通过对表面焊接增加与轧件的接触进行控制(图10)，可以有效控制螺旋台阶以及端面局部变形的产生。
图10 模具表面焊接
温度控制
通过增加温度分选装置，确保进入轧机的料段温度波动较小，温度波动控制在±25℃；控制冷却水流量，使水流能够覆盖模具，却不至于大量汇聚在中间；料段在进入轧机后应立即进行轧制，如因故耽误时间，要停止轧制将料段取出放置在二次加热料架上。
其他控制
切断质量也受到导板间隙的影响，因为使用单把切刀切断时，受力不如使用两把切刀时稳定。因此，在调整导板间隙时，应将其设置得更小，以避免轧件在切断过程中发生摆动。
结束语
本文分析了楔横轧热切断过程，并基于试验结果提出了控制方案。在中间热切断时，两侧的排料容易导致螺旋台阶、椭圆和变形等缺陷，这些缺陷会影响后续的成形。通过改变切刀的形状和切刀的长度，可以消除或减轻这些缺陷。同时，模具、温度和导板等因素也会对切断过程产生影响，需要同时加以控制。该研究为楔横轧工艺的改进提供了理论支持和实际操作指导，有效控制了切断质量，同时为楔横轧技术贡献了经验和参考。
责编：奥琳芳
审核：冯 忠