Лист 2,5 мм

Процесс резки

Для уменьшения потребного усилия резки применяют ножницы с наклонными ножами, у которых ножи ставят под некоторым углом наклона друг к другу (рис. 1).

Рис. 1. Схема к расчету усилия резки ножницами с наклонными ножами

Особенностью гильотинных ножниц является то, что одновременно -резке подвергается не вся ширина листа, а только определенная его часть, являющаяся постоянной величиной для данного угла наклона и типа ножниц. Поэтому усилие резки на большей части хода (перемещения) верхнего ножа остается постоянным и не зависит от ширины листа. Это усилие во много раз меньше усилия, потребного для разрезки того же материала на ножйицах с параллельными ножами. В холодном виде на гильотинных ножницах можно резать нетолько стальной лист 2,5 мм толщиной, но и материал толщиной до 42 мм и длиной реза (шириной листа) до 4500 мм, однако это не предел.

При резке наклонными ножами возникают дополнительные деформации от раздвигания частей листа и отгибания вниз свисающей части при перемещении верхнего ножа. Для уменьшения изгиба полосы, а также во избежание выскальзывания листа из под ножей во время резки угол наклона ср должен быть меньше 9°. На практике угол наклона ср и частота вращения (число ходов) ножниц в минуту п в зависимости от толщины материала s берут в следующих пределах:

s, мм                  φ, ...°       п, об/мин

От 1 до 10          2-4           75-35

» 10 » 42             4-6           35-10

Уменьшение числа ходов ножниц и прессов с увеличением толщины разрезаемого материала вызывается тем, что у мощных машин движущиеся массы (маховик) очень большие, поэтому для них не допускается работа при повышенных числах ходов. Помимо этого уменьшается также потребляемая мощность и габаритные размеры ножниц.

Угол резания δ (см. рис. 1) у таких ножниц берется для твердых и средней твердости материалов 85-75°, для очень мягких материалов, таких, как медь, - около 65-70°. Для уменьшения трения задних поверхностей ножей о металл дается задний угол а = 1,5 - 3°. Таким образом, угол заострения ножа β получается как разность этих двух углов; передний угол а является дополнением к углу δ до 90°. Зазор между ножами берут в пределах z = (0,03 - 0,06) s.

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.

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.

Усилие и затрачиваемая работа

Технологическое (расчетное) усилие резки является функцией площади среза и сопротивления материала срезу (резке); при этом при наклонно поставленных ножах площадь среза зависит от толщины материала и от угла наклона ножа. Если с известным допущением принять, что процесс резки ножницами с наклонными ножами происходит так же, как и при резке ножницами с параллельными ножами, и сопротивление срезу (резке) в обоих случаях имеет одно и то же значение, то усилие резки определяется следующим образом.

Рассмотрим бесконечно малый элемент площади среза df, находящийся на расстоянии х от какой-то промежуточной точки О₁ (см. рис. 1). На этом рисунке для упрощения выводов показана схема уже надрезанного участка, площадь которого геометрически равнозначна участку, находящемуся под ножом. Усилие dP для разрезки элемента df при проникновении ножа на глубину у достигает при ширине полоски dx величины

где е - наибольшая глубина проникновения края ножа в каждый отдельный момент; х₁ - ширина промежуточного элемента при опускании ножа на величину е.

Подставив значение у в выражение для dP, найдем

где b - ширина всего элемента при опускании ножа на толщину материала s.

Подставив значения l im е = i_k = s и b = s/tg φ в уравнение (19), найдем, что технологическое (расчетное) усилие при резке ножницами с наклонными ножами будет

Следует отметить, что действительная площадь деформируемого металла - площадь среза в рассматриваемой проекции будет несколько меньше, чем площадь треугольника (bs/2), находящегося между ножами, однако нас интересует возможно максимальное значение срезаемой площади. Учитывая, как и раньше, поправочный коэффициент к, имеющий те же значения от 1,0 до 1,3, усилие для расчета машины (ножниц) на прочность определим из выражения

Приведенный метод расчета можно распространить и для случая резки на гильотинных ножницах с переменным углом наклона верхнего ножа, например выполненным по некоторой кривой, для чего следует площадь среза определить только по другим предельным значениям е и х.

А. И. Целиков определяет усилие резки для толстых материалов (s > 6 мм), исходя из понятия об удельной работе резки, по формуле

где р - удельная работа резки, составляющая в зависимости от рода разрезаемого материала от 13 для дуралюмина до 150•10⁶ Дж/м³ для стали ШХ10; к₀ - коэффициент запаса, равный 1,2-1,8.

Анализируя формулу (20), можно заметить, что усилие резки уменьшается с возрастанием угла наклона ножей φ.

Работа, затрачиваемая на разрезку листа, равна, как известно, произведению усилия Р на пройденный ножом путь Н (рис. 1).

Рис. 2. Диаграмма резки ножницами

с наклонными ножами (abcd -

площадь под кривой резки без учета

величины входа и схода ножей)

Из рис. 2 видно, что пройденный путь Н = В tg φ. Работа в этом случае А'_н (в Дж) равна

Характерно отметить, что при резке листового материала толщиной до 3 мм на ножницах с наклонными ножами усилие резки уменьшается в 50- 60 раз по сравнению с потребным усилием при резке ножницами с параллельными ножами, в то время как затрачиваемая работа на разрезку, вычисленная по приведенным формулам (16) и (24), теоретически в обоих случаях совпадает. Практически, в связи с отгибом листа при резке на гильотинных ножницах, затрачиваемая работа А'_н будет на 10-15% больше, чем при резке на ножницах с параллельными ножами А_и.

Разновидностью ножниц с наклонными ножами являются вибрационные ножницы, у которых нижний наклонный нож закреплен на станине неподвижно, а верхний наклонный нож совершает возвратно-поступательное (вибрирующее) движение, передаваемое ему от специального кулачкового механизма. Число двойных ходов верхнего ножа составляет 1200-2500 в минуту. Длина ножей равна 25-40 мм. Угол створа (наклона) обоих ножей φ составляет 24-30°, а передний угол γ равен 6-7°. Ход ножниц изменяется от 2 до 4 мм.

Вибрационные ножницы применяются главным образом для резки криволинейных контуров (внешних и внутренних) с радиусами закругления не менее 12-15 мм. При малых подачах они могут быть использованы и для прямолинейной резки заготовок. Работа на вибрационных ножницах производится по разметке или по шаблону с ручной (принудительной) подачей материала к ножам ножниц. Толщина разрезаемого материала обычно не превышает 3 мм, точность размеров вырезаемых заготовок (деталей) соответствует примерно 9-му классу. Усилие резки здесь определяется при прямолинейной резке как и для гильотинных ножниц, а при круговой резке как для дисковых ножниц произведением сопротивления срезу τ₀ на мгновенную площадь среза. Особенность настройки вибрационных ножниц состоит в том, что перекрытие ножей мало (1,0-1,5 мм) или совсем отсутствует, а зазор между ними значительно больше номинального, составляющий 0,20-0,25 толщины материала. Это вызвано необходимостью обеспечения возможности поворота заготовки относительно кромок ножей в процессе резки.

К числу недостатков вибрационных ножниц следует отнести то, что ножи быстро изнашиваются, а на вырезанных заготовках появляются заусенцы и зарубы, требующие иногда даже дополнительной обработки на фрезерных станках, что ограничивает их применение только в условиях мелкосерийного производства. Ножи этих ножниц изготовляются из стали тех же марок как и для гильотинных ножниц при твердости после термообработки HRC 58-60.