Post on 07-Jul-2018
transcript
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
1/16
1
5. PRELUCRĂRI PRIN TĂIERE
5.1. Analiza procesului de tăiere şi determinarea forţei, lucrului mecanic şiputerii de tăiere. Analiza procesului de tăiere
Tăierea constituie o grupă de procedee de prelucrare plastică la rece la care areloc separarea materialului, totală sau parţială, după un contur închis sau deschis cu
ajutorul a două tăişuri asociate (fig.5.1).După utilajul folosit, aceste procedee se împart în două subgrupe şi anume:
tăierea la foarfece şi tăierea la ştanţe (ştanţarea).
Fig. 5.1. Tăierea la foarfece
Tăierea la foarfece constituie, în general, operaţie pregătitoare şi se execută laprelucrarea tablelor în vederea obţinerii fâşiilor sau a semifabricatelor de diferiteforme şi dimensiuni, necesare prelucrărilor ulterioare pentru fabricarea pieselor finite.
Tăierea cu ştanţe se execută atât pentru obţinerea pieselor finite, cât şi a
semifabricatelor pentru operaţii ulterioare de prelucrare prin deformare (îndoire,ambutisare, fasonare etc.). Ştanţarea conţine mai multe procedee ca: decuparea,perforarea, crestarea, tăierea marginilor ş.a.
Indiferent de tipul procedeului de tăiere, separarea materialului decurge în treifaze caracteristice, fig.5.2:
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
2/16
2
Fig.5.3. Zone caracteristice la tăiere
-faza 1: este o fază de solicitare a materialului în stare elastică, în care muchiiletăietoare pătrund în material producând şi o uşoară încovoiere a tablei în limita jocului dintre cele două tăişuri. În această fază eforturile unitare sunt mai mici decâtlimita de curgere.
Fig. 5.2. Fazele procesului de tăiere
-faza 2: ce este faza de solicitare a materialului în stare plastică, care apare pe
măsură ce apăsarea celor două muchii tăietoare creşte, eforturile unitare ajung lalimita de curgere. Aspectul tăieturii este neted caracteristic unei separări prinalunecare.
-faza 3: este faza de rupere, corespunzătoare porţiunii centrale, caremicşorându-se treptat pe măsura pătrunderii tăişurilor în material, nu mai poate preluaeforturile create de apăsarea muchiilor tăietoare şi se rupe. Aspectul suprafeţei înaceastă zonă este grăunţos, tipic de ruptură. Pentru ca suprafaţa să fie mai netedă, estenecesar ca zona de ruptură să lipsească sau să fie cât mai redusă. Pentru limitarea şievitarea zonei de ruptură se aplică procedee speciale de ştanţare de precizie.
Aspectul suprafeţei tăiate corespunzător celor trei faze se arată în fig. 5.3.
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
3/16
3
Pe măsura continuării procesului de deformare a materialului, în dreptulmuchiilor tăietoare încep să apară microfisuri şi apoi macrofisuri care se propagă înmaterial pe grosimea acestuia, fig.5.4, favorizând astfel ruperea pe porţiunea rămasă de grosime Sr.
Fig.5.4. Mecanismul dezvoltării micro şi macro fisurilor în procesul de tăiere şiştanţare
Grosimea pe care au început să apară macrofisurile împreună cu zona Sr,constituie zona de ruptură cu aspect grăunţos.
Starea de eforturi unitare influenţează asupra unghiului α de înclinare a direcţieide propagare a fisurilor. Cercetările experimentale au arătat că α = 6...8°.
În cazul operaţiilor de ştanţare obişnuită este de preferat ca mărimea jocului j să fie aleasă astfel încât cele două fisuri să se întâlnească, separarea materialuluif ăcându-se astfel cu consum minim de lucru mecanic. Jocul care corespunde acesteisituaţii se numeşte joc optim.
Dacă j ≠ joptim, calitatea tăieturii este mai puţin bună iar forţele de tăiere sunt maimari. Valoarea acestuia este dată de relaţia (5.1).
( ) α α tgsh jsh
jtg
opt
opt ⋅−=⇒
−= (5.1)
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
4/16
4
Înălţimea S de la care încep să apară fisuri în faţa muchiei tăietoare variază între(0,1-0,5)h în funcţie de material (moi sau dure). Cu alte cuvinte, jocul optim arevalori mai mari în cazul materialelor cu plasticitate mai mare decât în cazul altora maipuţin plastice, dar de aceiaşi grosime.
5.2. Forţele şi puterea necesară la tăiere
Pentru determinarea forţei de tăiere se porneşte de la faptul că operaţia de tăierese execută în condiţiile unei frecări pure, lucru dovedit pe cale experimentală.
Tăierea materialului începe, de fapt, după ce muchia mobilă a pătruns în metalla o adâncime anumită x, şi se poate exprima cu relaţia:
( ) xh LF c −⋅⋅= τ ( 5.2 ) în care:F - forţa de tăiere, în daN;L - lungimea conturului pe care se face tăierea, în mm;h - grosimea materialului, în mm;τc - efortul de forfecare de curgere, în daN/mm
2.Secţiunea pe care se face forfecarea se poate calcula în funcţie de secţiunea
iniţială ţinând cont că:
0
0
A
A A −=Ψ (5.3 )
în care: ψ este coeficientul relativ de micşorare a secţiunii la pătrundereamuchiei mobile;
A0, A-aria iniţială, respectiv reală .Din relaţia (5.3) rezultă că:
h x ⋅=ψ (5.4)Relaţia (5.2) devine în acest caz:
( )ψ τ −⋅⋅= ⋅ 10 AF c (5.5)
Dar efortul de forfecare necesar apariţiei curgerii, conform ipotezei deplasticitate este:
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
5/16
5
2c
c
σ τ = (5.6)
cu care forţa F devine:
( )ψ σ
−⋅⋅= 12 0
AF c (5.7)
Variaţia lui F în funcţie de ψ prezintă un maxim; forţa fiind egală cu zero pentruψ=0 şi ψ= 1. Lucrul acesta se confirmă şi pe cale experimentală din înregistrareavariaţiei forţei în funcţie de cursa elementului mobil, fig. 5.5.
Fig. 5.5. Variaţia forţei de tăiere, în cazul jocului optim între elementele active
Forţa maximă se obţine pentru ψ=ψg, care corespunde momentului imediatanterior ruperii.
h L AF r r ⋅⋅≈⋅≈ τ
σ 0max
2
(5.10)
Relaţia (5.10) este cea întâlnită în mod curent în literatura de specialitate pentrucalculul forţei de tăiere.
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
6/16
6
În scopuri acoperitoare, forţa calculată cu relaţia (5.10) se majorează cu uncoeficient k=1,1…1,30 având în vedere starea posibilă de uzură a muchiei tăietoare,variaţia grosimii materialului şi a proprietăţilor fizico-mecanice etc.
Relaţia (5.10) devine în acest caz:
r h Lk F τ ⋅⋅⋅= (5.11)Când tăierea se face cu ajutorul ştanţelor la valoarea forţei calculate cu relaţia
(5.11) se adaugă forţa necesară împingerii materialului prin orificiul plăcii de tăiere.Forţa de împingere se calculează în funcţie de forţa de tăiere.
nF k F imp ⋅⋅= 1 (5.12) în care:k1 coeficientul dat tabelar în literatura de specialitate în funcţie de grosimea
materialului;n - numărul de piese din brâu.Forţa de scoatere a materialului de pe poanson se calculează similar celei de
împingere cu relaţia:
F k F sc ⋅= 2 (5.13)
în care:k2 – coeficient scoatere, dat tabelar în literatura de specialitate în funcţie de
grosimea materialului.Forţa de calcul după care se face alegerea presei este:
impc F F F += (5.14)Lucrul mecanic de tăiere se calculează cu relaţia:
1000
hF L med
⋅= (5.15)
în care:L este lucrul mecanic, în daN m;Fmed - forţa de tăiere medie pe durata cursei, în daN;h – cursa elementului tăietor mobil, în mm. La tăierea cu muchii paralele, h se
ia egală cu grosimea materialului.
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
7/16
7
Forţa medie se calculează în funcţie de forţa maximă dată de relaţia (5.10) cu uncoeficient λ .
maxF F med ⋅= λ (5.16)
Valorile coeficientului λ pentru diferite calităţi şi grosimi de materiale sunt datetabelar în literatura de specialitate.
Puterea utilă consumată pentru efectuarea operaţiei de tăiere se determină curelaţia:
6075 ⋅
⋅=
n L N u (5.17)
în care: Nu – este puterea în CP;n – numărul de curse duble pe minut al presei.
Puterea necesară se calculează cu relaţia:
[ ]CPa
N N unec ⋅⋅=η
(5.18)
în care: a – coeficientul care ţine seama de regimul de lucru, a =1,1÷1,4;η – randamentul mediu al presei , η=0,5÷0,7.
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
8/16
8
5.3. Tăierea cu foarfeceSchema procesului de tăiere cu foarfece este prezentată în fig.5.6.
j
F 1F
F 1 F
T
T s
h
Q
Fig.5.6. Procesul de tăiere cu foarfece
După tipul cuţitelor, tăierea cu foarfece este de mai multe feluri:- tăiere cu foarfece cu cuţite paralele;-
tăiere cu foarfece cu cuţite înclinate;- tăiere cu foarfece cu cuţite înclinate vibratoare;- tăiere cu foarfece cu cuţite disc.
5.3.1. Tăierea cu foarfece cu cuţite paralele
Aceste foarfece se utilizează pentru tăierea unor profile, precum şi pentrutăierea unor platbenzi de lăţimi nu prea mari.
Sunt utilizate în special pentru obţinerea semifabricatelor individuale în vedereaprelucrării la cald prin forjare. Schema de tăiere este prezentată în fig.5.7.
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
9/16
9
a bFig.5.7. Tăierea la foarfece cu cuţite paralele
Muchiile de tăiere a acestor cuţite fiind paralele, întreaga secţiune de tăiere esteatacată simultan şi deci forţele de tăiere sunt mari. Din aceste motive, lăţimile detăiere nu pot fi mari, deoarece forţele vor creşte corespunzător conform relaţiei:
r hbk F ⋅⋅⋅= [daN] (5.20)
iar puterea utilă consumată N este dată de relaţia:
η
λ
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅=
36,160751000
nhF N [KW] (5.21)
în care:b – este lăţimea de tăiere în mm;h – grosimea materialului în mm;τr – efortul de forfecare la rupere în daN\mm
2;n – numărul de curse duble pe minut;η – randamentul mediu al foarfecii.
Calitatea tăieturii la aceste tipuri de foarfece este slabă. Se obţine o îmbunătăţire
a calităţii suprafeţei tăieturii prin micşorarea lui δ (δ
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
10/16
10
5.3.2. Tăiere la foarfece cu cuţite înclinate
Elementele active ale cuţitelor sunt:- unghiul de aşezare α=2o…5o, înlătură frecările dintre piesă şi cuţit;- unghiul de degajare γ=20o…25o este funcţie de material (la materiale moi, γ
este mai mare) şi acest unghi permite o tăiere mai bună;- unghiul de poziţie ϕ=2°…6°.
Fig.5.8. Tăierea la foarfece cu cuţite înclinate
Ca urmare a existenţei unghiului ϕ, se atacă simultan aria triunghiului ABC şideci nu aria întregii secţiuni a platbenzii, reducându-se astfel forţa de tăiere (F).
r
ABhk F τ ⋅⋅⋅=
2 (5.22)
dar: ϕ tg
h AB = (5.23)
r tg
h
k F τ ϕ ⋅⋅⋅= 2
2
(5.24)
Din relaţia (5.24) se constată căci cu cât ϕ creşte, forţa F scade.Unghiul de poziţie ϕ nu poate creşte foarte mult, deoarece la valori mari ale
acestuia, forţele ce iau naştere tind să împingă tabla.
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
11/16
11
ϕ ϕ tgF F F
F tg ⋅=⇒= 1
1 (5.25)
Cercetările experimentale au arătat că pentru a nu se deplasa tabla pentrusituaţia în care aceasta nu este strânsă, ϕ ≤ 6°, iar când există forţă de apăsare, ϕ ≤ 15°. Condiţia ce se pune în acest caz este:
211 22 ⋅⋅+⋅⋅< F PF (5.26)Puterea utilă în acest caz este dată de relaţia:
η
λ
⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅=
36,160751000nhF
N c (5.27)
în care:hc – este cursa pe care o fac lamele foarfecei.
5.3.3. Tăierea la foarfece cu cuţite înclinate vibratoare
Se utilizează în general în producţia de serie mică pentru decuparea unor pieseprofilate după trasaj sau după şablon precum şi în producţia de serie mare pentrutăierea marginilor pieselor mari ambutisate.
Schema de principiu a procedeului este prezentă în fig.5.9.
Fig.5.9. Tăierea la foarfece cu cuţite înclinate vibratoare
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
12/16
12
După modul de lucru, foarfecele cu cuţite înclinate vibratoare sunt de două feluri:
- foarfece staţionar;- foarfece de mână.
Foarfecele staţionar se foloseşte pentru tăierea tablelor cu grosimea până la5…6mm, iar foarfecele de mână se foloseşte pentru prelucrarea pieselor din tablă cugrosimea până la 2mm, în cadrul producţiei de serie mică, pentru care confecţionareade ştanţe este neeconomică.
5.3.4. Tăierea la foarfece cu discuri
Se utilizează în producţia de serie la tăierea marginilor pieselor precum şi laobţinerea unor piese cu curburi atunci când grosimea tablelor nu depăşeşte 25mm.
Fig.5.10. Foarfece cu cuţite discTăierea se poate face cu foarfece cu axe paralele, caz în care piesele sunt mai
puternic deformate, cu axe concurente când deşeul este deformat puternic sau cu
foarfece cu cuţite multiple în care deformaţia este foarte redusă (pentru tăiatplatbande în producţia de masă), fig.5.10.
Atunci când se curăţă margini sau când se taie table sau marginile pieselor după un contur curbiliniu, se preferă foarfece cu cuţite cu axe concurente la care numai
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
13/16
13
deşeul este deformat puternic, fig.5.10.b. Dimensiunile discurilor foarfecelor de tăiererezultă din schema procedeului prezentată în fig.5.11.
Fig.5.11. Tăierea la foarfece cu cuţite disc cu axe paralele
Forţa F1 care tinde să împingă materialul din foarfece, este dată de relaţia:
ϕ tgF F .1 = (5.28)Dar: ϕ ⋅⋅⋅⇒⋅= cos2 N N F este forţa de frecare pe orizontală.
Condiţia de tăiere este:
1cos F N >⋅⋅⋅ ϕ (5.29)
ϕ ϕ
ϕ µ ϕ ϕ µ tg N N >>⇒⋅>⋅⋅⋅
cos
sinsincos (5.30)
Determinăm unghiul de poziţie ϕ funcţie de parametrii D, a şi h.
Din triunghiul OMA, rezultă:
^
OM
MAtg =ϕ
MA şi OM rezultă din considerente geometrice pentru a determina valoareaunghiului φ.
Forţa de tăiere la aceste tipuri de foarfece cu discuri este dată de relaţia:
r Ak F ⋅⋅= (5.33)
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
14/16
14
în care:A-aria triunghiului de tăiere;k-coeficient ce ţine seama de material şi de condiţiile de tăiere;τr-rezistenţa la forfecare. A→ rezultă din triunghiul DCE, fig.5.11.
2
CDh A ⋅= (5.34)
Pentru tăierea platbandelor cu grosimi mai mici ca 10 mm se folosesc foarfececu mai multe cuţite (multidiscuri) care înlătură bavurile, fig.5.12, ce sunt formate din
doi arbori pe care se montează cuţitele disc 1, între acestea aflându-se bucşeledistanţiere 2 pe care se introduc rolele de presiune din cauciuc 3. Când benzile cetrebuie obţinute prin tăiere nu au o lăţime mare, grosimea cuţitelor este egală culăţimea acestora, fig.5.12.a, iar când lăţimea benzilor este mare, grosimea cuţitelordisc va fi mai mică decât lăţimea benzilor, fig.5.12.b.
a bFig.5.12. Foarfece cu mai multe cuţite(multidiscuri)
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
15/16
15
6. TĂIEREA CU ŞTANŢE6.1. Generalităţi
Ştanţarea presupune tăierea pieselor sau semifabricatelor din tablă după uncontur deschis (tăiere cu foarfeci sau cu ştanţe) sau închis (decupare-perforare) caurmare a presiunii mari exercitată de ştanţă ( de poanson şi placa tăietoare).
A. T ăierea cu ştan ţ e a pieselor din tablă după un contur deschis, ce mai este
cunoscut ă şi sub numele de retezare .
B. T ăierea la ştan ţ e după un contur închis, cuprinde decuparea şi perforarea.
6.2. Tehnologii de retezare
Retezarea se aplică la confecţionarea pieselor simple din benzi laminate laanumite dimensiuni şi livrate sub formă de colac (rulou), sau din benzi tăiate înprealabil la foarfeci.
În general, ca urmare a formei simple a pieselor ce se obţin prin retezare cuştanţe, benzile ce sunt utilizate ca semifabricate sunt folosite complet.
Ştanţele de retezat sunt simple, fig. 6.1, unde banda de material avansează până la opritorul (opritoarele) ştanţei.
Fig. 6.1. Ştanţă simplă de retezat
Când piesele ce se obţin prin retezare au un contur complex, sunt necesareştanţe cu poansoane de retezare de o anumită formă, fig.6.2.
8/18/2019 1. Prelucrari_ Taierea Cu Foarfece
16/16
16
a
a
R
b
bR
a
b
b
R
Fig. 6.2. Piese obţinute prin retezare cu profil complex
Lăţimea puntiţei a se alege în funcţie de grosimea materialuluisemifabricatului:
- pentru benzi cu grosimea h ≤ 1mm, a = 3mm;- pentru benzi cu grosimea h > 1mm, a = (2…3)h.Raza R a capetelor pieselor se va adopta respectând relaţia:R ≥ 0,6 b, pentru a prevenii ruperea poansonului în timpul tăierii.Forţa de tăiere la retezare cu ştanţe este dată de relaţia:
F = K h ττττ (6.1)