Лекция №6

РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ

Схема действия сил в процессе разделения на заготовки

в – ширина пояска контакта ножа с заготовкой (пластическая деформация);

а – плечо момента М, создаваемого парой сил Р₁ и Р₂;

Q и R – реакции давления металла на режущие кромки ножей;

μР₁, μQ, μP₂, μR – силы трения в очаге пластической деформации;

μ – коэффициент трения.

МЕХАНИЗМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ В РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЯХ

В разделительных операциях листовой штамповки отделение одной части заготовки от другой осуществляется относительным смещением этих частей в направлении, перпендикулярном к пло­скости заготовки. Это смещение в начальных стадиях характери­зуется пластическим деформированием, но завершается обяза­тельно разрушением.

Для уменьшения искажений заготовки, вызываемых пластическими деформациями, стремятся локализовать очаг пластической деформации, чему способствует уменьшение радиусов скругления рабочих кромок инструмента и уменьшение зазора между пуансо­ном и матрицей.

Наличие зазора приводит к тому, что силы, приложенные к за­готовке со стороны матрицы и пуансона, образуют момент, равный произведению равнодействующих элементарных сил, действу­ющих от пуансона и матрицы на плечо несколько большее, чем зазор z. Наличие момента вызывает поворот в пространстве отде­ляемых частей (при отрезке) или изгиб заготовки (при вырубке и пробивке). Это в свою очередь, приводит к резкой неравномер­ности распределения нормальных напряжений на контактных поверхностях. Нормальные напряжения увеличиваются от нуля по мере приближения к режущим кромкам до максимума вблизи последних. Неравномерность распределения напряжений на кон­тактных поверхностях вызывает неравномерность распределения напряжений в слоях, параллельных плоскости листа, и в толщине заготовки.

Согласно принципу Сен-Венана о локальности эффекта само­уравновешивающихся внешних нагрузок, по которому неравно­мерность распределения напряжений, вызванная действием со­средоточенных сил, быстро убывает по мере удаления от точки приложения этих сил, в разделительных операциях по мере уда­ления от режущих кромок в толщину заготовки неравномерность распределения напряжений уменьшается, а протяженность зоны пластических деформаций в направлениях, перпендикулярных к направлению внешних сил резания, увеличивается. Неравномерности распределения на­пряжений в очаге деформации соответ­ствует неравномерность распределения величин деформаций. Максимальная величина деформаций будет вблизи ре­жущих кромок; по мере удаления от них в толщину заготовки и в направлениях, перпендикулярных к линии действия внешних сил, величина деформаций уменьшается. Можно полагать, что в слоях заготовки, первоначально парал­лельных плоскости листа, наибольшая величина меридиональной деформации e_r будет в элементах, расположенных вблизи поверхности, соединяющей ре­жущие кромки рабочего инструмента. Деформация e_r на этой поверхности переменна, минимальное значение соот­ветствует середине толщины, а увели­чивается она по мере приближения рассматриваемых слоев к режущим кромкам. Такому характеру распределения деформаций способствует также и то обстоятельство, что очаг пластической деформации зарождается в режущих кромок и проникает на все большую глубину по внедрения режущих кромок в заготовку. При определенном внедрении режущих кромок очаги пластической деформации, возникающие у режущих кромок, сольются, образуя единый очаг, пронизывающий всю толщину заготовки.

В начальной стадии это смещение характеризуется пластическим деформированием, а завершается обязательно разрушением.

В конце пластической стадии от режущих кромок зарождаются и распространяются трещины, которые возникают, когда металл исчерпает свои пластические возможности. После встречи трещин заканчивается разделение заготовки.

Трещины несколько развернуты к свободной поверхности заготовки. Угол β = 4÷6 для пластичного металла (углеродистая сталь).

Условие встречи двух трещин можно записать:

Z=(S–h)tgβ

S – толщина заготовки.

h=(0,1÷0,5)S.

Минимальный зазор Z, обеспечивающий совпадение трещин в разделительных операциях называется оптимальным. При малом зазоре поверхность среза будет рваной.

Схема расположения трещины скалывания: а – параллельно, б – навстречу друг другу

При увеличенном зазоре увеличивается наклон поверхности среза к оси, заготовка изгибается, вследствие увеличения момента изгиба. Зазор зависит от механических свойств материала и толщины листа

Z=f(S,σ_в)

На практике усилие резки определяется по формуле:

Р=КLSσ_среза ,

где L – длина реза; S – толщина материала; σ_среза – экспериментальное значение сопротивления срезу данной марки материала; К – коэффициент запаса. К=1,1÷1,3. Учитывает возможные отклонения реальных условий от тех, при которых определялось значение σ_среза (притупление режущей кромки, изменение толщины и механических свойств материала).

σ_среза≈ (0,75÷0,80)σ_в.

Работа деформирования:

А = λРh,

где h – то, что получилось при срезе; λ – коэффициент полноты диаграммы, усилие – путь.

1 – малопластичный металл; 2 и 3 – пластичный металл

Коэффициент λ – это отношение среднего усилия резки к максимальному усилию. Он выражает отношение площади прямоугольника Р_ср∙S к площади F диаграммы под кривой.

_{λ=РсрS/Fдиаг}

S	< 2	2÷4	> 4
λ	0,55÷0,75	0,45÷0,55	0,3÷0,45

Точные значения можно получить только экспериментально.

РЕЗКА ЗАГОТОВОК НА НОЖНИЦАХ

Схема отрезки на ножницах

а – схема отрезки; б – отрезка параллельными ножами; в – отрезка наклонными ножами

Сила резки на ножницах с параллельными ножами

Р=K∙L∙S∙σ_среза ,

L, S – длина реза, толщина листа, мм; σ_среза – сопротивление срезу, МПа.

Резка в гильотинных ножницах

Р=К∙σ_среза∙(S²/2∙tg)

Усилие резко уменьшается при этом способе резки, но происходит искажение формы.

Недостатком ножниц с наклонными ножами является отгиб отрезаемого материала в направлении движения ножа и скручи­вание полосы. Для тонких листов это не имеет большого зна­чения, но толстые листы могут иногда искривиться настолько, что их приходится подвергать правке перед штамповочной опе­рацией. Применение специальных прижимных устройств (меха­нических, пневматических) позволит свести к минимуму указан­ные недостатки этих ножниц.

Для резки материала в упор на ножницах имеются переста­навливающиеся передние и задние упоры. Резку листового мате­риала на ширину до 500 мм производят с задним упором, на большую ширину полосы — передним упором.

На гильотинных ножницах можно резать листы шириной больше длины ножа.

Ножи параллельных и наклонных ножниц изготовляют из стали марок У8А, 4ХС, 6ХС, 5ХВ2С и Х12Ф1 (для тонких ли­стов). Твердость ножей после закалки должна быть в пределах HRC 54–60. В настоящее время ножи делают наварными (со­ставными), причем основание их изготовляют из стали 20.

Работа деформирования на гильотинных ножницах

А=Р₁L∙tg, где Р₁=⅔S(h/tg) σ_среза∙K.

Чем больше угол , тем меньше усилие. При увеличении  увеличивается ход инструмента и появляется выталкивающая сила, поэтому  должно быть меньше 15.

Практически  выбирают с учетом величины и скольжения полосы:  =1÷4˚.

КОНСТРУКЦИЯ НОЖЕЙ

а – крепление ножей на ползуне; б – поперечное сечение ножей

Распирающие усилия, действующие на ножи:

Т=(0,2÷0,3)Р – без прижима;

Т=(0,1÷0,2)Р – с прижимом.

Зазор между ножами Z=(0,04÷0,05)S

ОТРЕЗКА В ШТАМПАХ

Схемы резки в штампах

а – резка от полосы; б – резка одновременно нескольких заготовок; в – резка листа на штучные заготовки прямоугольной формы; г – резка прямоугольных и косых заготовок 1 – линия резки; 2 – упоры

Схема резки с отходом

1 – пуансон; 2 – упор; 3 – деталь (заготовка); 4 – пуансон пробивной; 5 – полоса