Ćwiczenie 8, Politechnika Poznańska, Mechatronika, SEMESTR II, Obróbka plastyczna
[ Pobierz całość w formacie 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
[ Pobierz całość w formacie PDF ]