Глава V.

НОЖНИЦЫ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМИ НОЖАМИ

1. Назначение и основные параметры

Для поперечной резки горячего металла квадратного, прямоугольного и круглого сечения после прокатки его на блюмингах, слябингах, загото­вочных и сортовых станах применяют ножницы с параллельными ножа­ми. Эти ножницы применяют также и для поперечной резки холодного металла — в этом случае профиль ножа сответствует форме поперечно­го сечения разрезаемого металла.

В процессе резания на этих ножницах плоскость, в которой движется нож (плоскость резания), является неизменной (рис. V. 1). Температура металла, поступающего на ножницы, обычно 800—1000°С. Для углеро­дистых сталей с пределом прочности в холодном состоянии а_в = 400-т- н-500 МПа при указанных температурах предел прочности металла ра­вен 100 ч-50 МПа; для легированных сталей с пределом прочности в хо­лодном состоянии до 1000 МПа при указанных температурах о_в=130— 80 МПа.

Отсюда следует, что при выборе типа и характеристики ножниц надо учитывать их назначение, чтобы правильно определить максимальное усилие резания.

Основными параметрами ножниц являются: максимальное усилие резания Р, ход ножей Н, длина ножей L и число ходов (резов) в минуту (производительность ножниц).

Размеры поперечного сечения металла, допускаемого для разрезки на ножницах данного типа, определяются максимальным усилием реза­ния, на которое рассчитаны ножницы.

Ход ножей выбирают с учетом возможности беспрепятственного прохода металла максимального сечения под лапой механического (гид­равлического) прижима и перекрытия ножей в конце резания (А = = 10 -г- 20 м м). _г

Длину ножей принимают равной:

а) для небольших ножниц (500—2000 кН) 3—4-кратной максималь­ной ширине заготовки, исходя из условия возможности резки на них заготовок более мелких сечений, уложенных в несколько рядов (пач­ками) ;

б) для средних и крупных ножниц (до 16 МН), применяемых на блю­мингах, 2—2,5-кратной ширине блюма максимального сечения;

в) для ножниц слябингов (до 25 МН) на 150—200 мм больше мак­симальной ширины слябов.

Поперечное сечение ножей обычно принимают из соотношения s/8 = = 2,5—3, где s — высота, а 6 — толщина ножа.

Форму ножей принимают в виде симметричного прямоугольника, что­бы можно было при резании использовать все четыре угла. Угол заост­рения делают равным 90°. Ножи изготовляют из стали марки 6ХНМ или из углеродистой стали марки Стб с твердостью после термообработки до НВ = 40 МПа. Для увеличения срока службы ножей применяют на­плавку режущих кромок твердыми сплавами (типа сормайта).

По конструкции ножницы поперечной резки с паралельными ножами можно разделить на две основные группы: а) ножницы с верхним под­вижным ножом (верхним резом); б) ножницы с нижним подвижным но­жом (нижним резом). ¹

Ножницы с верхним резом отличаются простотой конструкции ^г(рис. V.2, а). Нижний нож установлен неподвижно в станине ножниц; верхний нож укреплен в суппорте (ползуне) и при помощи кривошцп-

ного или гидравлического привода движется вниз и разрезает металл. Этим ножницам свойственны два существенных недостатка; I) после раз­резки металла на нижней грани сляба (блюма, заготовки) образуется заусенец, который мешает при дальнейшем продвижении металла по рольгангу; 2) из схемы, приведенной на рис. V.2, а, видно, что резку ме­талла можно осуществить лишь при наличии качающегося стола за ножницами, что усложняет конструкцию всей установки.

Рис. V.I. Схема резания металла на ножницах с параллельными ножами:

J — прижим: 2 — верхний суппорт с ножом: 3 — передвижной упор; 4 — нижний суппорт с ножом

Ножницы с н и ж и и м р е-

з о м не имеют этих недостатков и поэтому получили более широкое применение (рис. V.2,б). Ниж­ний нож смонтирован на суппор­те (ползуне), который может под­ниматься вверх от кривошипного или гидравлического привода; верхний нож установлен в верх­нем суппорте (ползуне) и тоже может перемещаться по вертика­ли. Перед началом резания ножи раскрыты и металл проходит между ними по рольгангу; нижний нож при этом находится ниже уровня поверхности (образующей) роликов рольганга и не мешает движению металла. Затем металл останавлива­ется в необходимом положении (при помощи передвижного упора) и суппорт верхнего ножа опускается до соприкосновения с металлом; дальнейшее продвижение верхнего суппорта прекращается и начинает двигаться суппорт нижнего ножа; при этом происходит резание металла.

Рис. V.2. Схемы резания металла на ножницах с верхним (а) и с нижним (б) резом:

/ — прижим; 2 — верхний суппорт; 3 — нижний суппорт; 4 — задний подьемно-качающийся рольганг с грузовым уравновешиванием

Ножницы с параллельными ножами конструктивно выполняют двух типов: с электромеханическим и гидравлическим приводами.

2. Методика определения усилия резания

Процесс резания состоит из трех периодов (рис. V.3) :

1. вмятия ножей в металл (рис. V.3, а, в)\ при этом усилие на ножи постепенно увеличивается до максимального значения Р_тах; длитель­ность этого периода характеризуется коэффициентом е_в, равным отно­шению глубины внедрения ножей в металл при вмятии к исходной вы­соте сечения металла, т. е. г_ъ~г_ъ/к;

2. собственно резания (сдвига'металла по плоскости резания); при этому усилие резания уменьшается по мере уменьшения высоты (пло­щади) сечения металла:

3. скалывания (отрыва) оставшейся неразрезанной части сечения. Момент окончания собственно резания и начала отрыва (скалыва­ния) характеризуется коэффициентом надреза е_н, равным отношению глубины внедрения ножей в конце резания 2_Н (начало отрыва) к исход­ной высоте сечения металла, т. е. гв—г_а/(1.

Максимальное усилие в конце периода вмятия равно усилию в мо­мент начала резания (сдвига) металла по плоскости резания, поэтому можно написать, что

■^тах ^ ^шах ^рез ⁼⁼ ^рез»

(V.1)

где Ттах — максимальное каса­тельное сопротивление при ре­зании (сдвиге) металла; F_vfa— сечение металла в момент на­чала собственно резания (сдви­га) металла; &i=Tmax/a_B — ко­эффициент, равный отношению максимального сопротивления срезу к пределу прочности.

Рис. V.3. Схемы резания металла на ножницах с параллельными ножами без прижима (а) н с при­жимом (6); изменение усилия на ножи при резании (в; в зависимости от глубины внедрения ножей; А — экспериментальная кривая; В — прямая на участке собственного резания

В справочной литературе приведены данные по механи­ческим свойствам металлов (пределу прочности, пределу текучести, относительному уд­линению), полученные при ис­пытании стандартных образ­цов на растяжение. Из курса сопротивления материалов из­вестно, что между пределом прочности на растяжение сг_в и максимальным касательным напряжением имеется следую­щая зависимость: т_тах/ов = = 0,58. Исследования показы­вают, что максимальное каса­тельное напряжение несколько выше его теоретического зна­чения (ввиду неоднородности свойств металла по сечению) ky —Ттах/Ов0,65—0,75 (соот­ветственно для мягких и твер­дых металлов).

В формулу (V.1) введем также следующие практичес­кие коэффициенты:

-f-1,15—для учета влияния за­тупления ножей при резании; &₃ = 1,1 —1,25 — для учета вли­яния увеличения зазора меж­ду ножами при резании.

Для дальнейших расчетов можно принимать следующие усредненные значения:

при горячем резании k = =&1&₂£з^0,9— 1,0; при холод­ном резании k=k_xk₂k_z&\,0— 1,1 и расчетная формула (V. 1) будет иметь вид

Лнах = ^рез. 0М^а)

В момент окончания вмятия ножей (начало собственно ре­зания) высота сечения металла равна Л—z_B=h(\— е„), поэтому пло­щадь сечения, испытывающего напряжение среза F^—h (1—e_a)b, где

2. — ширина разрезаемого сечения, и

Металл	Горячее резание		Холодное резание
	6в	*н	гв	Ен
Сталь 10	0,32—0,40	0,75—1,0	0,20	0,5
» 20	0,30—0,35	0,75—0,95	0,20	0,35—0,45
» 50	0,25—0,3	0,70—0,95	0,15	0,30—0,40
» 50С2	0,23—0,28	0,65—0,90	0,10	0,25—0,30
» 1XI8H9T	0,25—0,30	0,70—0,80	0,20	0,45
> ШХ10	0,20—0,25	0,65—0,70	0,10	0,30
Медь	0,35	0,95	0,20	0,45
Цинк	0,30	0,70	0,20	0,40
Дюралюминий	0,25	0,50	0,15	0,25

Л»ах = К^(]-е_в). (V.2)

При резании металла непрямоугольного сечения (например, круга) это сечение необходимо привести к равновеликому по площади прямо­угольному сечению, т. е. принять F_ce4=6fi.

В табл. V.1 приведены максимальные значения коэффициентов вмя­тия 8_В и надреза &_н, полученные экспериментальным путем при резании различных металов. Эти данные следует считать ориентировочными, так как они получены с различной степенью точности и в некоторых слу­чаях при резании образцов небольшого сечения (25X25 мм).

При вмятии ножей полоса (заготовка, блюм) будет стремиться по­вернуться вправо под действием момента, равного Ра (рис. V.3,а). При этом со стороны кромок ножей будут возникать горизонтальные усилия Г, создающие момент Тс —Ра. Ввиду того, что величины плеч а и с не­известны, точно определить значение силы Т не представляется возмож­ным. На основании экспериментальных данных можно принимать, что Т=0,15—0,25 Р. Для уменьшения боковых распирающих горизонталь­ных усилий на ножи Т на ножницах применяют механические или гид­равлические устройства для прижима металла с усилием Q. В этом слу­чае можно принимать Т— (0,1—0,15) Р\ Q— (0,03—0,05) Р.

Наиболее широкое применение получили ножницы с нижним резом и электромеханическим приводом эксцентрикового вала нижнего или верхнего суппорта. Для лучшего понимания кинематики этих ножниц рассмотрим вначале принцип работы кривошипно-шатунного механиз­ма, применимый и для привода суппорта от эксцентрикового вала.