2014-02-17
2190
Для определения работы и мощности реза надо знать характер изменения усилия на ножи в различные моменты времени в периоды вмятия и собственно резания металла. Аналитического решения этой задачи в настоящее время не существует.
Экспериментальные данные, снятые на ножницах с параллельными ножами, показывают, что в период вмятия ножей усилие реза возрастает по выпуклой кривой параболического вида рис. a2 а, а в период собственно реза эта кривая становится ещё круче и обрывается в сечении, соответствующем окончанию собственно резания и началу отрыва (скалывания) [*4]
| Рис. a2. Примерный график зависимости силы реза от хода ножа. a — при параллельном резе, б — при наклонном резе, в — при резе ножницами с катящимся резом. F рез — сила реза; F макс — наибольшее значение силы реза; F уст — установившееся значение силы реза; x — ход ножа; εнад и εотр — коэффициенты надреза и отрыва; h — толщина листа. |
При внедрении наклонных ножей в лист, в последнем возникают напряжения упругого сжатия изгиба отрезаемой части и изгиба в плоскости, перпендикулярной плоскости резания рис. a1 в [*5]. Возникают напряжения пластического сжатия и сдвига. По мере внедрения ножей в материале, с одной стороны, зарождается трещина, способствующая быстрейшему разрушению, с другой стороны, материал упрочняется, что препятствует распространению трещины и разрушению листа. Для отгибания образующегося края листа также необходимы дополнительные силы. Усилие реза при этом пропорционально ходу ножа рис. a2 б, участок I и рис. a3.
С ростом трещины интенсивность роста силы реза, возникающей в системе «нож–лист», падает. Сила реза изменяется по некоторой параболической кривой, возрастая до максимального значения (участок II), а затем, падает до величины, которая в дальнейшем остаётся постоянной. Резание приобретает характер установившегося процесса (участок III). С момента выхода трещины из разрезаемого листа начинается быстрое падение силы реза (участок IV). Процесс резания завершается [*5].
В [*2] приведены эмпирические формулы для определения положения ножа по средней плоскости листа, в котором начинается установившийся процесс резания
L1≈ (1,2…1,5)h2ctg α,
и точки, начиная с которой, сила реза уменьшается
L3≈ (1,0…1,3)h2ctg α
где h — толщина разрезаемого листа; α — угол наклона верхнего ножа, рис. a3.
| Рис. a3. Изменение силы реза в зависимости от положения ножа. F рез — сила реза; F макс — наибольшее значение силы реза; F уст — установившееся значение силы реза; x — ход ножа; B — ширина листа; α — угол реза; εотр — коэффициент отрыва; h — толщина листа; AI — положение ножа в начале реза; AII — положение ножа в начале установившегося режима; AIII — положение ножа в конце установившегося режима реза; AIV — положение ножа в конце реза; |
Считается, что рез на ножницах с «катящимся резом» аналогичен резу на гильотинных ножницахрис. a2, в
. Постепенное падение усилия реза при установившемся процессе реза может объясняться переменной величиной угла реза α [*7], [*8]. Следует отметить, что серьёзных работ, подобных [*1], посвящённых изучению особенностей процесса резки на ножницах с «катящимся резом», на сегодняшний день нет. Однако следует ожидать, что при резке на ножницах с «катящимся резом» сила реза будет меньше, чем при резке на ножницах гильотинного типа, т. к. не возникает затраты энергии на искривление отрезаемого листа.Угол реза α
Углом реза α называется угол наклона верхнего ножа к нижнему рис. a4, a. Для ножниц с «катящимся резом», имеющих закруглённый нож, за угол реза можно принять угол наклона хорды, соединяющей точку врезания ножа в металл A и точку отрыва металла B, или угол наклона касательной в точке F приложения силы реза F рез рис. a4, б.
Величина угла реза существенно влияет на качество отрезаемых полос [*3], [*10]. Деформация и неточность размеров листа сокращаются с уменьшением α. Оптимальным с точки зрения качества считается рез параллельными ножами, при котором лист режется сразу по всей ширине (α=0) [*4]. При этом не происходит искривления отрезаемого края заготовки. Однако, это вызывает увеличение силы реза (см. табл. t1), что приводит, в конечном счёте, к увеличению габаритов и стоимости ножниц [*3]. Поэтому, верхний нож устанавливается под углом α к нижнему.
| Рис. a4. Угол реза а — гильотинных ножниц; б — ножниц с катящимся резом. A — точка врезания; B — точка отрыва металла; F — точка приложения силы реза; F в и F гор — вертикальная и горизонтальная составляющие силы реза; S рк — площадь «режущего клина»; |
| Таблица t1. Влияние угла наклона верхнего ножа α на величину полного усилия резания. Сталь 20; толщина h =17,1 мм; боковой зазор δ=0,35 мм; l =50 мм; B =240 мм. | ||||||||||||
| Угол резания, α, мм; | 10°53 ' | 9°05 ' | 7°35 ' | 6°20 ' | 4°30 ' | 2°32 ' | ||||||
| Наиб. усилие резания, F макс, т; | 20,8 | 21,2 | 23,8 | 23,4 | 25,1 | 25,4 | 27,4 | 29,5 | 32,1 | 33,3 | 45,9 | 48,7 |
Угол реза не должен превышать угол трения между листом и верхним ножом, и поэтому его величина ограничена. Практически, α не принимают cвыше 6°, при котором выталкивающее лист из-под ножей горизонтальное усилие − F гор= F вtgα не превышает 11 % от максимального усилия реза F макс [*4]. Большинство ножниц с наклонными ножами производится с постоянным углом резания, размер которого колеблется от 1° для резки тонких листов до 3°…4° для толстых [*10].
Как указывается в [*2], влияние угла реза α на главное усилие реза определяется в основном двумя противоположно действующими факторами: с одной стороны, с увеличением угла реза уменьшается поперечное сечение заготовки, находящееся между ножами, что ведёт к уменьшению силы реза. С другой стороны, при бóльших углах реза имеет место большее упрочнение материала, чем при малых, следствием чего должно появиться увеличение сил реза. Силу реза в первом приближении можно считать пропорциональной ctg α [*1].
Угол реза в ножницах с «катящимся резом» непостоянен и зависит от положения ножа (углов поворота кривошипов). Он обычно колеблется в пределах 1°…3°. Помимо параметров кинематической схемы ножниц (длин звеньев) на его величину влияют перекрытие ножей Δ и толщина разрезаемого листа h. С увеличением Δ или h, угол реза возрастает [*14].
Типовые траектории движения нижней точки ножа приведены на рис. b3. Нижняя линия соответствует линии, по которой «катится» верхний нож во время резки. Как видно из рисунков обкатывание ножа обеспечивается приближенно. При использовании дугообразного ножа рис. a5 а на участках входа ножа в металл и выхода из него расчётные усилия реза имеют более или менее выраженные пики, превышающие значения, соответствующие участку установившейся обкатки. Это связано с тем, что вначале реза заглубление ножа в металл производится при малых углах.
