Повышение эффективности разделения листовых материалов за счет снижения времени приработки инструмента

DOI: 10.32743/UniTech.2021.84.3-1.70-73

АННОТАЦИЯ

В данной статье приводятся виды инструментов используемых для разделения листовых материалов их эксплуатационные характеристикии методы обрезки листовых материалов. Приведен анализ определяющий повышение прочности, жесткости, стойкости и точности разделительных ножей.Показано на схеме метод разделения листовых материалов с применением подачи малого электрического тока в зону резания для нагрева данного участка. Для оценки стойкости режущих инструментов использован традиционный график Герца.

ABSTRACT

This article describes the types of tools used for separating sheet materials, their performance characteristics and methods for cutting sheet materials. An analysis is given that determines the increase in strength, rigidity, durability and accuracy of the separating knives. The diagram shows a method for separating sheet materials using the supply of a small electric current to the cutting zone to heat this section. To assess the durability of cutting tools, the traditional Hertz graph is used.

Ключевые слова:эксплуатация, инструмент, машиностроение, эксперимент, способ, разделительный, производительность, оснастка, обрезка, лист, лента, полоса, заготовка, повышение, технический, технологический, обработка, прочность, резание, температура, материал, металл, время, результат, контакт,трение.

Keywords: operation, tool, mechanical engineering, experiment, method, separation, productivity, tooling, trimming, sheet, tape, strip, billet, enhancement, technical, technological, processing, strength, cutting, temperature, material, metal, time, result, contact, friction.

Повышение производительности труда, улучшение качества и эксплуатационных характеристик инструментов, используемых для разделения листовых материалов, являются важнейшими задачами листа заготовительного производства. В последние годы появилось большое число новых способов и устройств, использование которых позволило бы значительно поднять технический уровень производства. В машиностроение разработаны новые оснастки и оборудования, изготовлять цельно-разделительныхзаготовок - листов взамен отрезки, вырубки, пробивки, обрезки и других видов разделительных операций. Так как перечисленные методы являются мало охватывающими и менее скоростными. В связи с этим авторами проводились экспериментальные исследования и анализ научно - технических материалов направленных на повышение прочности, жесткости, стойкости точности разделительных ножей.

Развитие машиностроения и металлообработки требует дальнейшего совершенствования технологических процессов и методов расчета деформационных характеристик операций листовых разделительных работ.

В настоящее время имеются результаты экспериментальных и теоретических исследований, посвященных изучению разделения листовых материалов, рациональных принципов расчета технологических, прочностных характеристик, гарантирующие высокие эксплуатационные способности деталей при обеспечении минимизации энергосиловых характеристик, трудоемкости разделения листовых материалов; повышении ресурсосбережения (повышения коэффициента используемых материалов), т.е. расширении технологических возможностей разделения листовых материалов.

К разделительным операциям листовых материаловотносят различные методы (рис. 1.).Все они основаны к разрушением металла по определенным поверхностям.

в                                               г                                           д

Рисунок 1. Основные типы применяемые для разделения листовых материалов:

а – гильотинных; б – дисковых; в – плазменная резка листового металла; г – лазерная резка; д – газокислородная резка листового металла.

С целью уменьшения усилия резания режущие кромки в ножницах с поступательным движением ножа наклонены друг к другу под углом 1 - 5°.

При отрезке на дисковых ножницах длина отрезаемой полосы не ограничивается размерами инструмента. Вращение дисковых ножей обеспечивает не только разделение заготовки, но и ее подачу за счет сил трения.

Качество поверхности среза зависит от зазора z между режущими кромками (z = (0,03 ... 0,05) S, где S - толщина листа) и отсутствия притупления режущих кромок. Усилие отрезки пропорционально срезаемой в данный момент площади заготовки.

При обработке металл должен быть мягким, а после обработке должен восстановит первоначальные физика-механические свойства, т.е. состояние до обработки [1].

Для повышения пластичности и снижения сопротивления деформированию металл необходимо нагреть до температур рекристаллизации.

При нагреве металлов на поверхности заготовок образуется слой оксидов, называемый окалиной, толщина которого зависит от температуры и времени нагрева, состава печной атмосферы, химического состава сплава и расположения заготовок в печи. Наиболее интенсивно сплавы окисляются при температуре 900 ... 1200 °С.

При нагреве углеродистых сталей происходит также выгорание углерода с поверхностного слоя на глубину до 2 мм. Уменьшение содержания углерода, называемое обезуглероживанием, ведет к снижению прочности и твердости стали. Особенно обезуглероживание вредно для заготовок небольших размеров имеющих малые припуски на механическую обработку и подвергаемых последующей закалке [2,4].

Для уменьшения оксиднообразования и обезуглероживания при­меняют нагрев в защитной атмосфере или в вакууме, скоростной нагрев, защитные засыпки и обмазки, наносимые на заготовки перед нагревом.

Выбор режима нагрева под обработку давлением заключается в определении рационального температурного интервала (температуры начала и конца обработки) и времени нагрева. Нижняя граница температурного интервала обработки давлением стальных заготовок превышает 727°С, а верхняя должна быть на 100 ... 150°С ниже температу­ры начала плавления. При нагреве до более высоких температур в металле появляются два вида дефектов - перегрев и пережог. При перегреве размеры зерна увеличиваются, пластичность уменьшается, и ухудшаются механические свойства. Этот вид брака для некоторых сталей устраняется дополнительной обработкой давлением и нормализацией.

При разделительных работах листовых материалов в виде лент, полосы и др., более целесообразно применение дисковых отрезных инструментов. Так как, эти инструменты по сравнению других, является скоростными и длина (путь) отрезаемых лент и полосы не ограничивается.

Известно, что инструменты, предназначенные для обработки металлических заготовок и др., в скоростной обработки нагреваются и теряют красностойкость и изнашивается в зоне контакта поверхностей, начинается износ в зоне контакта инструмент и лент – заготовок.

С целью предотвращения недостаток и повышения эффективности дисковых разделительных работ авторы рекомендует подачу малого электрического тока в зону разделения, это можно схематично придставить в виде рис. 2.

Рисунок 2. Схема разделения листовых материалов с подачей малого электрического тока:

V_д –скорость вращения диска, м/с; S_з – подачи заготовки, мм/об; I – сила тока, А; М– точка контактирующих тел. 

При разделениях листовых материалов скорость вращения диска (ножа) принять V_д = 1÷4 м/с. Минимальные значения V_д принимаются для листов толщиной более четырёх миллиметров, а большие значения V_ддля листов толщиной менее четырёх миллиметров. Величину подачи S_з можно принять в зависимости от толщины листа и твёрдости материала. Сила тока I, в ампере устанавливается экспериментально. Для проведения эксперимента  приняты следующих факторов: материал инструмента и заготовки, толщина  заготовки, сила тока. Сила тока определялся по закону Ома. Для материала маркой «ТХ ¹» оптимальная величина сила тока установлена  I = 0,02 А.

Анализ проведённых работ сопоставления их с достижениями науки и техники показывает, что рекомендованный метод, в некотором аспекте, дает достаточно высокий результат, т.е. стойкость режущего инструмента возросло на 7-9 % , разрушения поверхности среза ниже при традиционных методов резки, повышения производительности и др.

Известно, что при соприкосновение двух движущихся тел относительно друг – друга, происходит приработка поверхностей работающих в контакте деталей. В начальное время – Т₂ диск находится в более напряжённым состояние. При этом диск очень бистро нагревается и занимает положения Т₃ (рис.3). Температура нагрева диска, на определённое время (Т₂Т₃), остаётся неизменным и затем диск перестаёт, выполнят работы, т.е. хотя диск и лист двигаются относительно друг – друга, но резка не происходить (рис.3.).

Рисунок 3. График состояние процесса резки

Отсюда наблюдались следующие: затупления режущей части диска;диск скользит, а разделения листа не происходят.     

Если подать малый ток I, в амперной величине в зону разделения металлического листа, площадь в контактной зоне (инструмент и металл)нагревается и становится мягким в доли секунды. Процесс происходить такбыстро, структуреэлементов находящихся в контакте разрушения не происходить.Из графика видно, времяприработки инструмента Т₁ сокращается, а сумму величин Т₁+Т₂+Т₃=ΣТ стабильной работы диска, т.е. стойкость инструмента в аналогии графика Герца (рис.3.) возрастает.

Предлагаемый метод разделительной операции очень эффективен при разделение листовых материалов с неограниченной длиной.

Примечание: 1- названия материала и марка защищена производителем.

Список литературы:

1. Якубов Ф.Я. – Докторская диссертация «Пути повышения стойкости металлорежущих инструментов на основе анализа термодинамики контактных процессов». Киев 1984 г.
2. Тураев Т. Т., Батиров Я. А., Тожиев Б. А. Ў. Модернизация процесса волочения проволочного изделия //Universum: технические науки. – 2019. – №. 3 (60).
3. Тураев Т. Т., Батиров Я. А., Мадаминов Б. М. Сравнительной оценки технического уровня станков и станочных систем //Збірникнауковихпраць ΛΌГOΣ. – 2021.
4. Turaevich T. T., Mirodilovich M. B. Physical Foundations Structural-Formation, Surface Layer Of Parts //The American Journal of Engineering and Technology. – 2020. – Т. 2. – №. 09. – С. 71-76.