Cięcie.pdf

8.1. Cel ćwiczenia

8. CIĘCIE

Poznanie ogólnej charakterystyki procesów cięcia blach i profili na prasach i nożycach z

uwzględnieniem zjawisk zachodzących w materiale oraz podstawowych parametrów cięcia i

budowy narzędzi. Określenie wpływu luzu pomiędzy otworem w płycie tnącej, grubością

materiału i rodzajem materiału na wartość maksymalnej siły wykrawania i jakość powierzchni

cięcia.

8.2. Wprowadzenie

Operacje cięcia możemy podzielić na:

a) cięcie nożycami,

b) cięcie na prasach, czyli wykrawanie.

c) cięcie gumą.

8.2.1. Cięcie nożycami

Półfabrykaty przeznaczone do obróbki skrawaniem lub obróbki plastycznej w większości

przypadków poddawane są wstępnej operacji cięcia. Cięcie wykonuje się na nożycach

dźwigniowych, gilotynowych, krążkowych i innych (tablica 8.1).

8.2.2. Wykrawanie

Cięcie na prasach nazywamy wykrawaniem. Narzędziami w procesie wykrawania są

wykrojniki. Schemat wykrojnika laboratoryjnego przedstawia rys. 8.1. Blachę 5 dociska do

matrycy 2 płyta 3. Matryca jest wciśnięta w oprawę 4. Wykrawanie odbywa się pod

naciskiem stempla 1. Stempel i matryca muszą być hartowane i szlifowane. a ich krawędzie

ostre. Są one jakby nożami o zamkniętym obrysie, mającym sprzężone ze sobą krawędzie

tnące.

Rys. 8.1. Schemat

wykrojnika laboratoryjnego:

1 - stempel, 2 - matryca, 3 -

płyta dociskacza, 4 - oprawa

matrycy, 5 - blacha

Istotne jest określenie prawidłowego luzu między

stemplem i matrycą, wykazującego wpływ na przebieg

procesu wykrawania. Gdy luz jest za mały, to pęknięcia nie

łączą się ze sobą i wycięty przedmiot ma na całym obwodzie

zadziory. Przy zbyt dużym luzie górna powierzchnia

przedmiotu nie jest gładka i błyszcząca, ale poszarpana.

Wartość luzu optymalnego zależy od rodzaju materiału,

grubości blachy i rodzaju operacji.

Przykładowo wycinanie i dziurkowanie stali o grubości

g = 10 ÷ 25 mm wymaga luzu L = 10 ÷ 15% g, a wycinanie

otworów z gładkimi ściankami (przy tej samej grubości g)

L = 6 ÷ 8% g.

132

Tablica 8.1

133

8.2.2.1. Operacje wykrawania

Rys. 8.2 przedstawia różne operacje wykrawania.

Rys. 8.2. Schemat operacji: a) wycinania, b) dziurkowania, c), odcinania, d) nacinania,

e) wygładzania, f) okrawania, g) cięcia dokładnego ze spęczaniem

a) Wycinanie - jest to całkowite oddzielenie materiału wzdłuż linii zamkniętej. Część

wycięta stanowi przedmiot, a materiał leżący na zewnątrz jest odpadem - rys. 8.2 a.

b) Dziurkowanie - jest to całkowite oddzielenie materiału wzdłuż linii zamkniętej. Część

wycięta stanowi odpad, a materiał leżący na zewnątrz linii cięcia - przedmiot, w którym

wycięto otwór - rys. 8.2 b.

c) Odcinanie - jest to całkowite oddzielenie przedmiotu od materiału wzdłuż linii nie

zamkniętej - rys. 8.2 c.

d) Nacinanie - jest to częściowe oddzielenie materiału wzdłuż linii nie zamkniętej. Nie

występuje tu rozdzielenie materiału na dwie oddzielne części - rys. 8.2 d.

e) Wygładzanie - celem operacji jest nadanie powierzchni przecięcia żądanej dokładności

kształtu, wymiarów i gładkości. Przykład wygładzania przez ścinanie zewnętrznego

naddatku przedstawia rys. 8.2. e.

f) Okrawanie - jest to wyrównanie obrzeża przedmiotu przez usunięcie nadmiaru materiału -

rys. 8.2 f.

134

g) Dokładne wykrawanie - jest operacją, zapewniającą polepszenie jakości i dokładności

wymiarów powierzchni ciętej, dzięki czemu niepotrzebna staje się wykańczająca obróbka

skrawaniem wyrobów wykrawanych - rys. 8.2 g. Ze względu na powiększające się

zastosowanie dokładnego wykrawania zostanie ono omówione szerzej.

8.2.2.2. Dokładne wykrawanie

Dokładne wykrawanie umożliwia uzyskanie małej chropowatości powierzchni cięcia

wielkości R a = 0,3 ÷ 1,5 µm i zwiększenie małej dokładności do

5 ÷ 6 klasy ISO. Wartości te uzależnione są od własności materiału wykrawanego, wymiarów

wyrobu i dokładności wykonania wykrojnika.

Wydajność produkcji gotowych wyrobów metodą wykrawania dokładnego jest rzędu 30

szt./min, operacja ta jest więc szczególnie korzystna z punktu widzenia kryterium oceny

techniczno - ekonomicznej.

Można wyróżnić następujące metody dokładnego wykrawania:

a) ze spęczaniem - dzięki dodatkowemu obciążeniu materiału wykrawanego w pobliżu

krawędzi tnącej występuje kompensacja naprężeń rozciągających, niekorzystnych dla

gładkości powierzchni i dokładności wymiarów (rys. 8.2.g),

b) ze zmniejszonym luzem - uzyskuje się korzystniejszy stan naprężeń i występuje proces

ścierania powierzchni cięcia o powierzchnię przyłożenia matrycy, co powoduje poprawę

gładkości.

8.2.3. Fazy cięcia

Proces cięcia blachy składa się następujących faz:

1) odkształceń sprężystych,

2) odkształceń sprężysto – plastycznych,

3) plastycznego płynięcia,

4) pękania,

5) całkowitego oddzielenia wyciętego przedmiotu od blachy.

Faza odkształceń sprężystych. W tej fazie siły wywierane na blachę, przez krawędzie

tnące stempla i płyty tnącej, są względem siebie przesunięte. Zarówno siły prostopadłe F p jak

i siły równoległe F r do siły cięcia F c tworzą momenty obrotowe. Moment F r ⋅s działa w ten

sposób na materiał cięty, że próbuje obrócić go zgodnie z mchem wskazówek zegara,

natomiast moment F p ⋅h obraca materiał przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, czyli

przeciwdziała momentowi F r ⋅s.

Siła F r jest większa od siły F p , ale „ramie" (odległość h) na jakim działa moment F p ⋅h

niweluje tę różnicę i w rezultacie mamy, że F r ⋅s > F p ⋅h (nieznacznie), co powoduje niewielkie

wstępne, kątowe odchylenie blachy, co uwidoczniono na rys.8.3. W rezultacie obszar

przylegania blachy do czołowych powierzchni stempla i płyty tnącej zmniejsza się do

wąskich pasków biegnących wzdłuż obu krawędzi tnących. Obszar tego przylegania wynosi

od l do 3mm.

Faza odkształceń sprężysto - plastycznych i plastycznego płynięcia. Gdy naprężenia tnące

osiągną tam wartość dostateczną do uplastycznienia materiału rozpoczyna się faza

odkształceń sprężysto - plastycznych. Powstają wówczas dwa obszary uplastycznione, które

swoje źródła mają przy krawędziach tnących stempla i matrycy. Oba obszary uplastycznione,

łączą się w jeden obszar i następuje plastyczne płynięcie materiału, czemu towarzyszy

wzajemne przemieszczanie się obu części ciętego materiału.

135

Przemieszczenie to i obszar błyszczący z gładką powierzchnią otworu jak i wyciętego

przedmiotu jest równy 1/6 grubości przecinanej blachy czyli około 0,16g. W tej fazie,

pomimo ubytku grubości ścinanej warstwy, siła nacisku stempla dalej wzrasta w wyniku

umocnienia materiału.

Rys. 8.3. Faza odkształceń

sprężystych

Faza pękania (przedstawiona w aspekcie braku luzu

i dalej luzu optymalnego). W miarę zwiększającego się

odkształcenia plastycznego następuje umacnianie się

materiału, czemu towarzyszy proces powstawania,

wzrostu i łączenia się porów i pustek prowadzący do

plastycznego pękania materiału. Stosunek długości

materiału przed cięciem l do długości materiału w trakcie

cięcia l’ wskazuje na to, że przy powierzchni styku

stempla z materiałem ciętym występują odkształcenia

plastyczne. Największy gradient odkształcenia

plastycznego — .występuje na krawędziach tnących (w

rzeczywistości będących bardzo małymi promieniami).

W okolicy krawędzi tnącej (promień po) stempla

następuje rozciąganie materiału wzdłuż x' jak i jego

ściskanie normalnie do x' (związane z oporem jaki stawia

matryca) co powoduje, że materiał w tym miejscu ma

lokalnie, chwilowo obniżoną granicę plastyczności (rys.

8.4.), a więc pęknięcie jest wynikiem rozrywania

materiału, a nie jego cięcia. Takie samo zjawisko

występuje od strony matrycy. Dalsze zagłębianie się

stempla w materiale powoduje rozszerzenie się pęknięcia

(rys. 8.5). Pęknięcia rozchodzące się od obu krawędzi nie

napotykają się i występują wzdłuż dwu powierzchni

przesuniętych względem siebie. W środkowej strefie

powstaje wąski pasek materiału, który w czasie dalszego

ruchu stempla spęcza się i obraca. Tak powstała „klucha"

materiału oddzielona od reszty umacnia się osiągając

twardość zbliżoną do twardości stempla i matrycy.

Przecięcie tego materiału, które następuje w kolejnej

fazie powoduje tępienie się krawędzi stempla i matrycy

co jest niepożądane. Dodatkowo powstają nitki

umocnionego materiału, które również powodują

niszczenie powierzchni materiału ciętego jak i narzędzi.

Dlatego bardzo ważnym zadaniem przy projektowaniu

tłoczników jest optymalny dobór luzu pomiędzy matrycą

a stemplem. Jeżeli luz jest prawidłowo dobrany to

pęknięcia rozchodzące się od obu krawędzi, spotykają

się ze sobą tworząc wspólną powierzchnię pęknięcia o

zarysie zbliżonym do litery S (rys. 8.6). Nagły spadek

siły występujący w chwili pęknięcia powoduje skok

stempla wywołany wyzwolona energia sprężystego

odkształcenia stempla, tłocznika i korpusu prasy. Chwila,

w której następuje pęknięcie, zależy od rodzaju

materiału.

Rys. 8.4 Początek pękania materiału

Rys. 8.5. Rozwój pęknięcia

136

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: