В начале первой стадии отрезки пластическая деформация сосредоточена у рабочих кромок ножей. По мере смыкания ножей очаги пластической деформации увеличиваются и смыкаются. Вторая стадия начинается при необратимом смещении одной части листа относительно другой. Когда ресурс пластичности будет исчерпан начинается 3-ая стадия – опережающий скол.

Каждой стадии соответствует определенный вид боковой поверхности. Зона 1 представляет собой скрученную часть листа. Зона 2 – блестящая поверхность, сглаженная силами трения, h=0,2÷0,8S. Чем мягче металл тем больше h.

Зона 3 – неровная поверхность скола. β = 4 – 6 ⁰ – угол скола.

В зависимости от зазора и величины h трещины скалывания от верхнего и нижнего ножей могут пройти параллельно или навстречу друг другу. В последнем случае зазор будет оптимальным.

Z_опт = (S-h) tgβ

Для мягких металлов зазор меньше, для хрупких больше. Чем толще лист, тем зазор больше.

Двусторонний зазор для разделительных штампов в % от S приведены в таблице.

S, мм	Металлы при σв, МПа				Неметаллические материалы
	≤ 200	200-400	400-600	>600 и закаленные до HRC 45-50	Фибра, текстолит	Картон, бумага, асбест
0,1-0,5	3 – 5	5 – 7	7 – 9	10 – 12	1 – 2	0,5 – 1
0,6-0,8	4 – 6	6 – 8	8 – 10	11 – 13	2 – 3	0,5 – 1
1,0-1,5	4 – 6	6 – 8	8 – 10	11 – 13	2 – 3	1 – 2
1,8-2,0	5 – 7	7 – 9	9 – 11	12 – 14	2 – 3	1 – 2
2,0-3,0	5 – 7	7 – 9	9 – 11	12 – 14	3 – 4	1 – 2
3,5-5,0	7 – 10	9 – 12	11 – 14	14 – 16	3 – 4	1 – 2
6,0-10	10 – 13	12 – 15	14 – 17	17 – 20	3 – 4	1 – 2
11-16	13 – 16	15 – 18	17 – 20	20 – 23	3 – 4	1 – 2

Резка на листовых гильотинных ножницах.

Используются ножницы с параллельным и наклонным расположением ножей, с механическим и гидравлическим приводом. Гидравлический привод применяется для отрезки толстого проката толщиной до 40 мм.

Преимущество ножниц с параллельным расположением ножей – металл не искривляется, недостаток – большое усилие резки. Преимущество ножниц с наклонным расположением ножей – меньшее усилие резки, недостаток – искривление металла.

У силие отрезки на ножницах с параллельными ножами:

P = σ_срLSK

где: σ_ср – предел прочности материала при срезе, МПа, σ_ср ≈ 0,7 – 0,8σ_в;

К = 1,1 – 1,3 – коэффициент, учитывающий притупление кромок ножа.

Усилие отреза на ножницах с наклонными ножами:

P = KS²σ_ср/ 2 tgφ,

формула получена из условия, что в каждый момент времени срезается площадь листа F = S²/ 2 tgφ/

У гол φ выбирается в пределах φ = 2 – 6⁰

Для улучшения процесса резанья у ножей затачиваются передний γ и задний α углы. α = 1,5 – 3 ⁰. Для твердых и средней твердости материалов γ = 5 – 15 ⁰, для мягких материалов γ = 20 – 25 ⁰.

Резка на роликовых ножницах.

О трезка осуществляется двумя дисковыми ножами равного диаметра, вращающимися с одинаковой окружной скоростью. Ножи устанавливаются с перекрытием рабочих кромок на величину d = (0,2 – 0,4)S.

Рассмотрим условия захвата листа дисковыми ножницами:

Ножи захватывают лист в том случае, если:

2Tcosα > 2Ncosβ,

т.е 2μNcosα > 2Nsinα

где: μ – коэффициент трения; α = 90⁰ – β.

Отсюда μ ≥ tgα.

Т.о. для захвата листа ножами необходимо, чтобы тангенс угла наклона касательной к контуру ножа в точке контакта с листом был равен или меньше коэффициента трения μ (при μ = 0,2; α = 12⁰).

Условие захвата на установившейся стадии отрезки

μ ≥ tgα_ср, где α_ср = (α + α₁)/2 , тогда μ ≥ tg [(α + α₁)/2]

В связи с малыми значениями α и α₁ , можно принять

tg [(α + α₁)/2] ≈ tg(α/2) + tg(α₁/2) ≈ sin(α/2) + sin (α₁/2)

Используя геометрические зависимости, получим:

R(1 – cosα) = d/2 + S/2; R(1 - cos α₁) = d/2

Сделав тригонометрические преобразования, можно записать:

2Rsin²(α/2) = (d + S)/2; 2R sin²(α₁/2) = d/2

Откуда:

sin(α/2) = √(S +d)/(2√R); sin(α₁/2) = √d/(2√R)

Подставив значения sin(α/2) и sin(α₁/2) получим условие захвата для установившейся стадии отрезки в функции параметров S, d, R:

μ ≥ [1/(2√R)]( √(d + S) + √d)

Отсюда можно определить минимальный диаметр ножа:

2R = Д_mih≥ [d + √(d + S)d + 0,5S]/ μ²

Если d = (0,2 – 0,4)S, то Д ≥ (1,0 – 1,2)(S/ μ²)

Разрезка может производиться ножами с профильными осями, с наклонным нижним ножом, с наклонными ножами.

Н ожи с параллельными осями применяются для резки листов на полосы,

для резки круглых заготовок с выходом на край листа.

α < 14⁰, b = (0,2 – 0,3)S

Размер ножей :

при S > 10 мм Д = (25 – 30)S, h = 50 – 90 мм

при S < 3 мм Д = (35 – 50)S, h = 20 – 25 мм

Р азрезка с наклонным нижним ножом применяется для резки полос, круглых

и кольцевых заготовок.

γ = 30 - 40⁰

Размер ножей:

при S > 10 мм Д = 20S, h = 50 – 80 мм

при S < 3 мм Д = 28S, h = 15 – 20 мм

Н аклонные ножи применяются для резки круглых, кольцевых и криволинейных заготовок c малым радиусом.

a ≤ 0,2S; b ≤ 0,3S;

Размеры ножей:

при S ≥ 10мм Д = 12S, h = 40 – 60мм

при S < 5 мм Д = 20S, h = 10 -15мм

Усилие резки, действующее параллельно линии, соединяющей центры ножей, равны произведению площади очага деформации на сопротивление срезу:

P = Fσ_ср, или P = K(S² σ_ср)/(4tgα_ср)

Отсюда:

P = KS² σ_ср√R/[2(√(S + d) + √d)]

Крутящий момент:

М_кр = (PД/2)sinα или М _кр = 0,125 KS² σ_срДcosα

Cosα = (Д – d – S)/Д,

тогда М _кр = 0,125 KS² σ_ср(Д – d – S)/d

Мощность электродвигателя:

N = (М _кр ω)/η = (М _кр πn)/30η, МВт

Где: ω – угловая скорость вращения ножа, с^-1;

n – частота вращения ножей, об/мин;

М _кр – крутящий момент, МН*м;

η = 0,7 – 0,8 – коэффициент полезного действия.

Вырубка и пробивка

В ырубкой и пробивкой получают плоские детали из листа путем деформации сдвига. Выполняется в штампах, рабочие органы которых: пуансон и матрица. Вырубка, в отличии от резки, - операция индивидуальная, т.к. инструмент соответствует форме и размером определенной детали.

Напряженное и деформированное состояние при вырубке и пробивке – объемное.

Зазор между матрицей и пуансоном можно определить так же, как и при резке.

При штамповке особенно тонкого металла S < 0,3 мм применяют беззазорные штампы.

1 – матрица

2 – пуансон, 3 – съемник

При вырубке напровал без использования прижима усилие вырубки и пробивки приближенно определяется по формуле:

где: К– коэффициент, учитывающий притупл5ение кромок пуансона и матрицы, К=1,1-1,3;

L – длина отделяемого контура;

S –толщина металла;

_ср – сопротивление срезу (для малоуглеродистых сталей _ср=0,7 _в).

При вырубке с прижимом усилие определяется по формуле:

где: F_м– сила трения вырубленного металла о матрицу;

F_п – сила трения металла о пуансон;

F_м + F_п= Р_пр – усилие проталкивания;

F_п= Р_сн – усилие съема;

где: h – высота блестящего пояска (h=0.3 S);

_п – контактные напряжения на боковой поверхности пуансона (_п_ср)

=0,2 – коэффициент трения.

Тогда: Р_сн=0,06·L·S·_ср = 0.06·Р_вп

Приближенно можно принять Р_пр =2· Р_сн

Для уменьшения усилия вырубки и пробивки применяют матрицы и пуансоны со скошенной кромкой.

Вырубка матрицей со скошенной кромкой.

Пробивка пуансоном со скошенной кромкой.

При вырубке круглой заготовки формула для определения усилия Р_вп имеет вид:

При Н=S

При Н=0.5 1.0 S

П ри вырубке прямоугольной заготовки с размерами b·c формула имеет вид: b

C

При Н=S

При Н S

Определение исполнительных размеров пуансонов и матриц вырубных и пробивных штампов.

Учитывая , что износ матрицы приводит к увеличению ее размеров, а износ пуансона –к уменьшению, номинальные размеры их задаются: минимальный –для матрицы и максимальный для пуансона.

С хема расположения полей допусков на исполнительные размеры пуансона и матрицы при вырубке круглого контура.

С хема расположения полей допусков на исполнительные размеры пуансона и матрицы при пробивке круглого контура.

Z –минимальный зазор.

При штамповке металла толщиной более 2 мм. необходимо учитывать конусность боковой поверхности в результате опережающего скола. Для устранения возможности выхода размеров детали за предельное поле допуска на диаметр детали искусственно уменьшают.

Для вырубки:

Для пробивки:

Методика определения исполнительных размеров матрицы пуансона при вырубке и пробивке сложных контуров [12, стр.76-78].

Допуски на размеры матрицы и пуансона принимают приблизительно равными 25% от допуска на размер детали. При толщине листа до 3 мм – по 8-му квалитету, при толщине больше 3 мм – по 10-му квалитету. Суммарный допуск не должен превышать допуска на зазор:

Т_п+Т_м(Z_max-Z_min), причем Т_п0,5·Т_м

Чистовая вырубка и пробивка. Зачистка.

Применяется для повышения точности до 8 – 11 квалитетов и чистой боковой поверхности. Производится путем пластической деформации сдвига без скола.

Первый способ. Заготовка перед вырубкой –пробивкой сжимается кольцевым клиновидным ребром.

1. М атрица;

2. Контрпуансон;

3. Прижимное кольцо;

4. Пуансон.

Зазор должен быть малым:

Z=0.01·S^+Tz

где: Z –двухсторонний зазор;

Т_z – допуск на зазор (при S=2 мм, Т_z= 0.005мм. При S=12 мм, Т_z=0.03 мм).

При вырубке притупляется рабочая кромка матрицы, а при пробивке –пуансона радиусом r.

r =0.10.6 мм при S=212 мм соответственно.

Второй способ. Чистовая вырубка пуансоном больше окна матрицы. Пуансон не должен доходить до зеркала матрицы на 0.1 0.15 мм.

b =0.1S на прямолинейных участках контура.

b=0.2S на угловых участках контура.

З ачистка производится путем снятия стружки по контуру вырубленной или пробитой детали матрицей или пуансоном.

D_max равен диаметру отверстия вырубной матрицы. D_max=D_M,

D_min равен диаметру вырубного пуансона. D_min=D_п, а их разность равна двустороннему оптимальному зазору между матрицей и пуансоном:

D_max-D_min=Z_опт

Полный двусторонний припуск на зачистку:

П=Z+y

Величина дополнительного припуска «у» для материалов толщиной 0.510 мм:

для латуни и мягкой стали у=0.10.4 мм при зазоре вырубного штампа Z=(0.050.07)·S;

для стали средней твердости у=0.150.5 мм при Z=(0.090.11)·S;

для твердой стали у=0.150.6 мм при Z=(0.120.15)·S;

для гетнакса и текстолита у=(0.20.5)·S.

При многократной зачистке:

П=у·(0.7N+0.3)+Z

где: N – число операций зачистки.

При этом припуск распределяется так: 60% на первую зачистку, 2530% на вторую зачистку, 1510% на третью зачистку. Зазор между матрицей и пуансоном зачистного штампа 0.0080.01 мм независимо от толщины и рода материала.

Усилие зачистки приближенно можно определить по формуле:

где: L –периметр зачищаемого контура;

n –число деталей находящихся одновременно в зачистной матрице.