Влияние материала на процесс резки зависит от основного металла (алюминий, сталь и др.), легирующих добавок, структуры (размер зёрен, их форма и пр.), способа термообработки и температуры [*2]. Воздействие отдельных факторов на силу реза до конца не выяснено, поэтому это влияние учитывается экспериментальными характеристиками.
Основной характеристикой металла при резке на ножницах с параллельными ножами является максимальное удельное сопротивление резанию τмакс. Это условная величина, так как она, с одной стороны, является обобщённым напряжением процесса реза металла, который получает при резе деформации смятия, изгиба, среза, сдвига и растяжения, а с другой стороны, представляет собой усилие реза, отнесённое не к действительному сечению металла, а к первоначальному сечению [*6]. В [*19] указывается, что для пластичных материалов величина τмакс не является постоянной, а изменяется в зависимости от толщины листа. Экспериментальные исследования, проведённые во ВНИИМЕТМАШ, показали, что τмаксзависит как от предела прочности при растяжении σв, так и от предела текучести σт разрезаемого металла, а также от их отношения σт σв .
|
|
Напомним, что предел упругости (предел текучести, σт) — это величина напряжений, при превышении которых материал получает незначительные, заранее обусловленные, остаточные деформации.
Предел прочности, называемый также временным сопротивлением, σв, — это напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца. [*25]
Эта зависимость при холодной резке листового металла может быть выражена формулой
τmax= σтσв Kτ | |
(f1) | |
где K τ — коэффициент механических свойств разрезаемого материала.
На рис. a10 представлена зависимость коэффициента K τ от отношения σт σв для случая холодной резки, построенная по экспериментальным данным, полученным при резке листов толщиной от 0,5 до 14 мм. Графически функция K τ= f (σт/σв) представляет собой кривую типа параболы, состоящую из двух ветвей, нижняя из которых характеризует свойства большой группы пластичных металлов (углеродистых и низколегированных сталей, цветных металлов и сплавов), имеющих отношение σт σв не более 0,7, верхняя — свойства прочных и высокопрочных сталей и других малопластичных материалов, у которых отношение σт σв изменяется от 0,7 до 1,0.
Рис. a10. Зависимость коэффициента механических свойств разрезаемого материала от отношения предела текучести к пределу прочности при холодной резке.
Рис. a11. Кривые изменения сопротивления параллельному резанию в функции относительного погружения верхнего ножа.
|
|
Для металлов, у которых σт σв ≤0,7 коэффициент K =τмакс/σв является постоянным и равен 0,63, а для металлов, у которых σт σв =0,7…1,0 — переменным, изменяющимся в пределах от 0,63 до 0,39.
В [*1] указывается, что с увеличением σв разрезаемого металла полное усилие реза растёт непропорционально ему, а несколько меньше. При этом происходит в основном увеличение составляющих, учитывающих изгиб разрезаемого металла в зоне реза и изгиб отрезанной уже части металла (см. рис. a1). Как указывается в [*21] наибольшее влияние пределы текучести и прочности оказывают на образование заусенцев на поверхности реза.
Характеристиками пластических свойств разрезаемого металла при резке являются величины относительного надреза εнад и относительного отрыва εотр.
Величина εнад есть отношение глубины собственно надреза (заглаженной части сечения) к толщине h разрезаемой полосы.
Величина εотр есть отношение глубины надреза, при которой происходит окончательное разделение (отрыв) частей металла, к толщине разрезаемой полосы.
Следует отметить, что данные определения соответствуют использованным Крыловым Н.И. и Тарасовым Б.М. в работе [*6]. В других источниках встречаются и иные определения. Например, в работе [*4] величине εнад соответствует коэффициент вмятия, а величине εотр — коэффициент надреза.
На рис. a11 приведены экспериментальные зависимости удельного сопротивления резанию от относительного внедрения ножей в металл (τ= f (ε)) при холодной резке. Максимальное удельное сопротивление резанию τмакс соответствует относительному внедрению ножей, равному глубине относительного надреза ε=εнад. Кривые τ= f (ε) обрываются при величине относительного внедрения ε=εотр.
Таблица. t5. Экспериментальные данные коэффициентов надреза εнад и отрыва εотр. | |||||
Материал | Горячее резание | Холодное резание | |||
εнад | εотр | εнад | εотр | ||
Сталь 10 | 0,32…0,40 | 0,75…1,0 | 0,30 | 0,5 | |
Сталь 20 | 0,30…0,35 | 0,75…0,95 | 0,25 | 0,35…0,45 | |
Сталь 50 | 0,25…0,3 | 0,70…0,95 | 0,20 | 0,30…0,40 | |
Сталь 55C2 | 0,23…0,28 | 0,65…0,90 | 0,2 | 0,25…0,30 | |
Сталь 12X18H9T | 0,25…0,30 | 0,70…0,80 | 0,35 | 0,45 | |
Сталь ШХ15 | 0,20…0,25 | 0,65…0,70 | 0,15 | 0,30 | |
Медь | 0,35 | 0,95 | 0,30 | 0,45 | |
Цинк | 0,30 | 0,70 | 0,20 | 0,40 | |
Дюралюминий | 0,25 | 0,50 | 0,15 | 0,25 |
Величина проникания εотр h, необходимая для осуществления реза, зависит от хрупкости материала, а для сходных материалов она может быть выражена как коэффициент толщины h [*3]. Величина εотр важна при расчёте энергии, необходимой для реза. Для разрезания твёрдых и хрупких материалов требуется зачастую меньше энергии, хотя необходимое усилие сдвига может быть больше, чем это необходимо при резке пластичных материалов таких же размеров. Максимальное усилие реза зависит от максимального значения τ= f (ε), а энергия, необходимая для реза, — от площади под этой кривой.
Рис. a12. Зависимость коэффициента отрыва от глубины относительного надреза.
Рис. a13. Зависимость глубины относительно надреза от толщины разрезаемой полосы из материала с σт σв≤0,7 и δ5=10…30 %
при холодной резке.
В табл. t5 приведены максимальные значения коэффициентов надреза εнад и отрыва εотр, полученные экспериментальным путём при резании различных металлов [*4]. Эти данные следует считать ориентировочными, так как они получены с различной степенью точности, в некоторых случаях при резании образцов небольшого сечения (25×25 мм). Для пластичных материалов εотр доходит до 0,6…0,9, а для хрупких уменьшается до 0,12…0,15 [*1]. Величина εотр пропорциональна удлинению и приблизительно на 20…50 % больше относительного удлинения δ5 [*1].
Величина εотр определяется по формуле
εотр= K отрεнад,
|
|
где K отр — коэффициент отрыва, определяемый по графику в функции εнад. Как показывают экспериментальные исследования, εнадзависит от отношения σт σв и относительного удлинения δ5материала разрезаемой полосы, её толщины h и рода металла. На рис. a13 представлена графическая зависимость εнад от толщины h разрезаемой полосы из материалов с σт σв ≤0,7 и δ5=10…30 %. Этими значениями механических свойств объединена большая группа углеродистых и легированных сталей, а также некоторых цветных металлов и сплавов, которая подчинена общей зависимости функций τмакс= f (σв) и εнад= f (h). График показывает, что с уменьшением толщины полосы величина εнадвозрастает. При стремлении h к нулю εнад асимптотически приближается к единице, а при стремлении h к бесконечности εнад асимптотически приближается к 0,1. Коэффициент K отр определяется по графику на рис. a12, построенному по экспериментальным данным. Графическая зависимость показывает, что εотр с уменьшением εнад от 1 | |
до 0,1 уменьшается от 0,5 до 0,3. Для малопластичных материалов, у которых εнад< 0,1, наблюдается тенденция сохранения εотр постоянной, равной примерно 0,3.