Резку листового материала ножницами производят для изготовления полос и заготовок, поступающих в дальнейшем на штамповку, и для получения заготовок, максимально соответствующих но форме и размерам готовой детали и поступающих прямо на сборку или обработку резанием. В первом случае резка сводится к получению полос с одним заданным размером (по ширине). Во втором случае, т. е. при резке штучных заготовок, число переходов зависит от формы заготовок и колеблется обычно от двух до четырех.
Для резки листов или лент используют приводные параллельные, гильотинные и дисковые ножницы. Приводные ножницы с параллельно расположенными ножами и наклонно расположенным ножом (гильотинные) применяют в основном для резки полос или заготовок с прямолинейными и открытыми сторонами, ширина которых более толщины ножа.
Схемы настройки (расположения) переднего, заднего, боковых упоров и упоров-угольников для резки полос и простейших по форме заготовок с контурами, образованными ломаными линиями, показаны на рис. 2 *.
По переднему 1 и заднему 2 упорам (рис. 2, а, б) режут полосы (или заготовки) с параллельными сторонами, по боковому 3 и переднему или заднему упорам (рис. 2, в, г) — штучные заготовки с углом 90° между обрезаемыми сторонами; по заднему и боковым упорам 3, упорам-угольникам 4 и добавочным упорам 5 (рис. 2, д, е)— разнообразные штучные заготовки, контур которых очерчен прямыми, наклоненными относительно друг друга под разнообразными углами. При резке заготовок небольших габаритных размеров сложной формы в качестве установочных устройств используют трафареты, закрепляемые в пазах стола ножниц.
Резку полос (или заготовок) выполняют по заднему упору, если ширина полосы (заготовки) не превышает следующих значений:
* На рис. 2 отрезаемая часть материала (отход, полоса, заготовка) заштрихована.
Более широкие полосы или штучные заготовки (детали) режут по переднему упору (линейке), установленному на столе ножниц. При резке по заднему упору надлежит пользоваться специальными устройствами, исключающими провисание отрезаемой части листа (заготовки).
Кроме обычной резки на этих ножницах при использовании угловой подставки можно резать полосы и заготовки под углом со скошенной кромкой (фаской) под сварку. Угол фаски не должен превышать 25—30°.
Ножницы с параллельным расположением прямолинейных режущих кромок ножей применяют редко, главным образом для резки
тонкого материала, во всех остальных случаях используют гильотинные ножницы.
Характеристиками гильотинных ножниц являются число ходов в минуту, наибольшая ширина разрезаемого листа (длина реза), вылет и наибольшая толщина разрезаемого материала при заданном пределе прочности σв или сопротивлении срезу σср при угле створа ϕ.
Если необходимо резать материал, механические свойства которого отличаются от свойств материала, записанного в паспорте гильотинных ножниц, то максимально допустимую толщину материала S1, которую можно резать, не опасаясь перегрузки гильотинных ножниц, определяют по формуле
где σ’в и σ’ср — предел прочности и сопротивление срезу материала, подлежащего резке, в кГ/мм2
S, σв и σср— параметры материала, аналогичные указанным в паспорте ножниц.
Приведенные формулы справедливы только при условии постоянного угла створа ножей ϕ для обоих случаев резки.
Дисковые ножницы с прямо поставленными ножами для резки листов на полосы и продольной резки ленточного материала изготовляют с одной парой ножей (парнодисковые) и с несколькими парами ножей (многодисковые).
Количество одновременно устанавливаемых пар ножей зависит от того, на какое число полос (лент) разрезается лист или рулон, а также от мощности привода ножниц. Число пар ножей берется на одну больше числа отрезаемых полос.
Характеристиками дисковых ножниц являются наибольшая толщина разрезаемого материала при заданном пределе прочности св последнего и наибольшее число пар дисковых ножей, участвующих одновременно в резке.
Выше указывалось, что однопарные дисковые и особенно многодисковые ножницы находят применение при резке ленточного материала в продольном направлении. Такая резка позволяет получать из рулона стандартных размеров ленты требуемой ширины, что способствует более широкому применению ленточного материала и его рациональному использованию.
Общая суммарная ширина отрезаемых полос (лент) должна быть на 2—4 мм меньше ширины разрезаемого листа или рулона, чтобы крайние ножи срезали часть материала, устраняя неровности на кромках и повышая точность резки.
Резка ленточного материала в продольном направлении требует специальных ножниц.
Схема таких ножниц показана на рис. 3. Ножницы состоят из четырех механизмов: разматывания, резки, снятия заусенцев и наматывания.
Механизм разматывания образуют два вращающихся грибковых центра, один из которых передвижной, позволяющий заменять бухты. Лента с бухты 1 поступает в механизм резки, где ее режут ножи 2 (два сопряженных набора дисков). Диски сидят на валах 3, легко вынимаемых из опор, что необходимо для переточки ножей и для настройки на другую ширину полос. Между режущими дисками (ножами) посажены стальные кольца, способствующие лучшему затягиванию ленты в зону резания. Кольца свободно перекатываются в пазу между дисковыми ножами.
Для установки оптимального перекрытия между дисковыми ножами предусмотрена регулировка одного из ножевых валов 3 винтом 4. После резки на кромках лент остаются заусенцы, которые снимаются мелкозубыми фрезами 5 методом попутного фрезерования. Такой метод позволяет помимо снятия заусенцев создавать необходимое усилие натяжения ленты на участке от ножей до фрез.
Фрезы получают привод от отдельного электродвигателя и редуктора (на схеме отсутствуют).
Разрезаемая лента к фрезам прижимается роликами 6, находящимися под действием грузов 7. После зачистки заусенцев разрезанные ленты поступают в механизм наматывания лент 8. Этот механизм обеспечивает требуемое натяжение ленты для плотного наматывания, автоматическое изменение числа оборотов кассеты, так как диаметр наматываемого рулона изменяется. Такие ножницы высокопроизводительны и обеспечивают хорошее качество резки лент.
Для резки лент малой ширины толщиной до 0,5 мм можно использовать обычный токарный арматурный станок, снабженный специальным приспособлением.
Резка листового материала. Процесс резки листовых материалов на гильотинных ножницах состоит из трех последовательных стадий: упругой, пластической и разрушения (скалывания).
В стадии упругих деформаций напряжения в разрезаемом материале не превышают предела упругости; в стадии пластической деформации напряжения в разрезаемом материале, вызванные давлением ножей, больше предела текучести, но меньше сопротивления материала срезу, и, наконец, в стадии разрушения напряжения в материале соответствуют сопротивлению срезу. Начало стадии разрушения, т. е. отделения одной части разрезаемого материала от другой, соответствует погружению верхнего подвижного ножа на 0,2—0,5 толщины разрезаемого материала.
Рассматривая поверхность среза (рис. 4) отрезанной заготовки, отметим следующие зоны, дающие представление о последовательности процесса отрезки.
Зоны I и IV — зоны смятия поверхности разрезаемого материала верхним и нижним ножами. Глубина смятия зависит от свойств разрезаемого материала и состояния режущих кромок ножей.
Зона II поверхности среза, имеющая вид узкой блестящей полоски, соответствует стадии пластических деформаций, и, наконец, зона III, имеющая матовый (шероховатый) вид, соответствует полному разрушению (отделению одной части от другой) разрезаемого материала. Зоны I, II и IV поверхности среза соответствуют стадии пластических деформаций, а зона III — поверхности среза стадии разрушения.
Заметим, что чем выше твердость разрезаемого материала, тем при меньшем углублении подвижного ножа в материал заканчивается процесс резки, а следовательно, более узкой будет блестящая полоска и более широкой матовая, и наоборот.
В зоне, примыкающей непосредственно к плоскости реза заготовки, материал претерпевает структурные изменения в результате упрочнения, получаемого в процессе резки.
Глубина слоя с измененной структурой зависит от толщины разрезаемого материала, его механических свойств, состояния режущих кромок ножей (степени их остроты) и зазора между ними в плоскости, перпендикулярной к движению.
В результате структурных изменений и упрочнения изменяются механические и физические свойства материала. В зоне резки материал становится более хрупким, повышается его твердость; при испытании на изгиб учащаются случаи образования трещин, а магнитная проницаемость (трансформаторной стали) резко падает. Дефектный слой устраняют обработкой резанием или чаще термической обработкой (отжигом).
Резку металлов, за исключением магния и титана ВТ6 толщиной более 1,5 мм, как правило, производят в холодном состоянии. Неметаллические материалы типа гетинакса, текстолита, органического стекла и т. д. перед резкой необходимо нагревать. Органическое стекло можно также разрезать проволокой или тонкой стальной лентой, нагретой до 300—400° С. При этом величина подачи может доходить до 0,5 м/мин. Неметаллические материалы нагревают в печах инфракрасного облучения. Материалы типа резины перед резкой следует смачивать, а фибру и картон увлажнять (влажность должна составлять 10—40%).
11рн подборе ножниц потребное усилие Р в кГ и работа для резки вычисляются по следующим формулам:
Ножи (геометрия и конструкция). Ножи для гильотинных и параллельных ножниц бывают цельные и составные. В свою очередь
в каждом из указанных типов ножи подразделяются на обычные, наплавленные и составные (рис. 5). Цельные ножи выполняют так, как показано на рис. 5, а и б. В первом исполнении (рис. 5, а) ножи имеют четыре режущие кромки с углом δ = 90°, что позволяет длительное время использовать ножи без переточки (меняя путем перестановки режущие кромки), но приводит к увеличению трения и ухудшению условий резки, а это отрицательно сказывается на стойкости ножей и качестве поверхности среза у отрезаемых полос (заготовок). Такие ножи применяют при резке тонкого материала. От этих недостатков свободны ножи, показанные на рис. 5, б, имеющие одну или две режущие кромки.
Ножи для резки стали, медных, алюминиевых и титановых сплавов выполняют со следующими углами: угол резания δ= 75 — 85°, задний угол α= 30′ -3°, передний угол γ= 5 — 15°. Чем меньше твердость разрезаемого материала, тем меньше угол резания δ (для особо мягких материалов δ= 60°).
Для магниевых сплавов угол резания б = 45 т- 55°, задний угол а = 1,5 -г- 2°, передний угол у = 35 -4- 45°.
Угол створа ножей ϕ у гильотинных ножниц принимают 1—5°. Чем больше длина ножей, тем меньше угол створа ϕ, так как при большой длине ножей увеличение угла створа ϕ приводит к значительному увеличению хода ножей и высоты ножниц.
Наиболее рациональные углы створа для материала толщиной до 2 мм ϕ= 1 — 2°, для толщины 2—4 мм ϕ = 2° — 2°30′, для толщины 4—15 мм ϕ = 2°30′ — 4° и для толщины более 15 мм ϕ = 4 — 5°. Зазор между ножами Z в плоскости их движения для стали, латуни, алюминия следует брать 5—7% при толщинах разрезаемого материала S до 10 мм, а при S > 10 мм Z — 0,1 — 0,2 мм. Зазор между ножами при резке магниевых и титановых сплавов равен (0,05 — 0,02) 5, для стали 1Х18Н9Т — (0,03 — 0,05)5.
Цельные ножи изготовляют из стали У8А, У10А, Х12, 4ХС, 6ХС, 5ХВ2С, Х12Ф1. Первые две стали после термообработки должны иметь твердость HRC = 56-4- 58, а остальные пять HR С = 56- 62. Для повышения стойкости, особенно при резке жаропрочных, нержавеющих, электротехнических сталей, а также материалов, подвергаемых перед отрезкой нагреву, ножи рекомендуется изготовлять из легированных сталей 5ХВ2С, 6ХС, Х12Ф1 или из инструментальных сталей с последующей наплавкой рабочих кромок сормайтом № 1 или с электроупрочнением твердым сплавом Т15К6. Составные ножи (рис. 5, в) имеют такую же геометрию, как и цельные. Режущая часть ножа изготовляется из стали 6ХС, Х12Ф1, а остальная часть — из стали 50 или 45. Собственно ножи состоят из отдельных- секций длиной 300—500 мм, удерживаемых заклепками или винтами.
Ножи для дисковых ножниц. Ножи для резки полос (рис. 6) на однопарных ножницах представляют собой диски толщина которых зависит от ширины и толщины отрезаемых полос (лент).
Ножи по плоскости А А тщательно шлифуют, непараллельность этих плоскостей не должна превышать 0,02 мм при D < 300 мм. Ножи устанавливают так, чтобы они перекрывали друг друга. Величину перекрытия ножей h берут для стали и латуни равной (0,2 — 0,3) S, для меди — (0,3 -ь0,5)S (на рис. 6 показана утрированно). Угол захвата а должен быть меньше 15°, а это возможно при условии, когда при резке материала толщиной менее 3 мм
Угол резания δ = 87 — 90°, передний угол γ = 0 — 3°. Между ножами должен быть зазор Z= (0,05 ч- 0,07)S.
Точность и качество поверхности среза. Точность резки на ножницах зависит от типа ножниц, способа резки, толщины материала, конфигурации отрезаемой заготовки (детали), состояния режущих кромок ножей, наличия и силы прижима листа и способа установки упора. В тех случаях, когда необходима повышенная точность резки, следует вместо заднего упора с ручной наладкой применять упоры с механической наладкой.
Точность резки на гильотинных ножницах соответствует данным, приведенным в табл. 3
Толщина разре- |
Ширина полосы в мм |
||||||
|
|
|
|
|
|
||
заемого материала в мм |
До 50 |
51—100 |
101—200 |
201—300 |
301—500 |
Свыше 500 |
|
|
|
Точность |
резки в мм |
|
|
||
|
|||||||
До 0,5 |
0.25 |
0.5 |
0,75 |
1,0 |
1,2 |
1,5 |
|
0.5—1,0 |
0.5 |
0,75 |
1,0 |
1,0 |
1,2 |
1,5 |
|
1,1—2,0 |
0,75 |
0,75 |
1,0 |
1,25 |
1,5 |
2,0 |
|
2,1—3,0 |
1,0 |
1,0 |
1,25 |
1,5 |
1,8 |
2,2 |
|
3,1—5,0 |
1,0 |
1,25 |
1,5 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
|
5,1 -7,0 |
1,25 |
1,5 |
1,8 |
2,0 |
2,2 |
2,5 |
|
7,1—10,0 |
1,5 |
1,8 |
2,2 |
2,2 |
2,5 |
3,0 |
Примечания:
1. При повышенной точности ножниц и их настройки приводимые данные могут быть уменьшены на 40°
2. Непараллельность сторон полос не должна выходить за пределы допусков.
Величина усилия прижима ориентировочно составляет (0,3 -0,4 )Р (Р — усилие резки в кГ). Чем больше усилие прижима, тем точнее резка.
При резке на гильотинных ножницах вследствие наклонного расположения верхнего ножа происходит изгиб и скручивание отрезаемой заготовки
С увеличением угла створа ϕ изгиб полосы и скручивание увеличиваются; чем уже полоса, тем больше она склонна к скручиванию. Величину изгиба и угол скручивания определяют опытом.
После резки заготовок из титановых сплавов поверхности среза получаются шероховатыми. Для удаления шероховатости кромки полос зачищают шлифовальным кругом. Величина припуска на зачистку после резки зависит от того, производилась ли резка в холодном или в горячем состоянии, и от толщины материала. Для резки в холодном состоянии принимается припуск (0,22 — 0,25)S.
Точность резки на дисковых ножницах с прямо поставленными ножами соответствует 7-му классу точности. На многодисковых ножницах при ширине полосы (ленты) менее 50 мм точность составляет ± (0,05 — 0,2) мм, чем тоньше материал и уже полоса, тем выше точность.
Полосы, отрезаемые на дисковых ножницах, искривляются и нуждаются в правке На полосах часто остаются заусенцы, которые приходится удалять вручную специальными скребками. На лентах из магнитомягких материалов заусенцы удаляют электро-полировкой на переменном токе промышленной частоты (50 гц) в электролите, состоящем из 70% фосфорной кислоты, 12% хромового ангидрида, 10% серной кислоты и 8% воды.
Шероховатость поверхности среза при резке на дисковых ножницах соответствует 3—4-му классам чистоты (ГОСТ 2789—59).