Методика расчета направления отрезки угловых профилей в штампах при поступательном движении ножа

На основании выполненного анализа влияния относительного поперечного осевого зазора предложена методика расчета направления отрезки при поступательном движении ножей угловых профилей с учетом их геометрических характеристик и относительного осевого зазора, численное значение которого для выбранного материала профиля попадает в область допустимых значений.

Ключевые слова: отрезной штамп, отрезание смещением, открытый профиль, выбор направления отрезки, методика расчета.

Based on performed analysis of the influence of a transverse axial clearance technique is proposed for calculating the direction of the segments during the forward movement of knife angle profiles based on their geometric characteristics and relative axial clearance, for which the numerical value of the selected profile falls within the permissible values.

Keywords: сutting stamp, cutting shift, public profile, choosing the direction the segments, the method of calculation

Постановка проблемы. При отрезке профилей различного сечения важнейшим требованием является обеспечение необходимого качества получаемых изделий. Качество изделий, получаемых отрезкой, является комплексным понятием и включает геометрическую точность изделия, состояние поверхности разделения, состояние металла в областях, примыкающих к поверхности разделения [1-2].

Поверхность разделения состоит из двух участков: плоского участка среза, имеющего низкую шероховатость, и криволинейного участка скалывания, имеющего большую поверхность и различные дефекты, наличие и размеры которых зависят от схемы отрезки, параметров и режимов процесса. Важнейшими параметрами процесса является поперечный зазор между наружной поверхностью профиля и внутренней поверхностью ножа, которые должны контактировать при отрезке, и осевой зазормежду ножами [2]. Осевой зазор в значительной мере определяет угол скоса торца, его плоскостность, величину дефектов в поверхности разделения. Так, только при оптимальных зазорах получают заготовки без заусенцев на торцовых поверхностях и наименьшие отклонения её формы от идеальной [2]. Абсолютный оптимальный зазор имеет одинаковое значение по всему сечению только при отрезке профиля прямоугольного сечения в направлении, которое совпадает с одной из сторон сечения, т.е. - перпендикулярно к опорной стороне. Когда отрезка выполняется ножом, который перемещается неперпендикулярно, т.е наклонно под углом , к опорной стороне прямоугольного сечения (см. рис. 1), то величина абсолютного оптимального зазора является постоянной только на центральном участке А, а на боковых Б он уменьшается, так как размер сечения в направлении движения ножа уменьшается.

Рис. 1– Схема отрезки профиля прямоугольного

сечения при наклонном движении ножа.

Чтобы обеспечить одинаковое значение относительного зазора по всему сечению, абсолютный зазор на этих участках необходимо уменьшать, так как только в этом случае обеспечиваются одинаковые условия деформирования [2]. Похожая проблема возникает и при отрезке профилей круглого сечения, что требует фасонной заточки режущих поверхностей ножей или наклонного расположения режущей плоскости ножа к плоскости разъема [1].

Анализ последних исследований и публикаций. Технология безотходной отрезки профилей простой формы (круг, квадрат, шестигранник) в штампах методом сдвига достаточно хорошо изучена и классифицирована [1,3-4]. Выбор траектории относительного смещения отрезаемой части позволяет управлять формообразованием поверхности за счет создания сложного напряженно-деформированного состояния в очаге деформации или изменения физических свойств разделяемого материала. Соловцовым С.С в работе [1] предложены два способа создания постоянного относительного осевого зазора между ножами для прутков круглого и прямоугольного сечений, однако профили более сложной формы – угловые профили в работах не рассматриваются. При этом нет рекомендаций и методик расчета в работах [3-4] для угловых профилей.

Цель статьи - разработка методики расчета направления отрезки при поступательном движении ножей угловых профилей, для которых обеспечить одинаковый относительный зазор без существенного усложнения конструкции ножей, которые движутся поступательно, можно только в отдельных случаях, выбирая подходящее направление перемещения ножа относительно сечения.

Изложение основного материала. Рассмотрим отрезку фасонного профиля - уголка, имеющего полки различной толщины и (рис. 2).

Рис. 2 – Схема отрезки углового профиля.

Угол между полками . Для определенности будем считать, что . Отрезка перпендикулярно к одной из полок очевидно нецелесообразна, так как приведет к увеличению удельной нагрузки на участке, расположенному против другой полки. Это может привести к осадке этой полки на участках, которые опираются на ножи. Кроме того, абсолютный осевой зазор на этом участке необходимо увеличить, чтобы предотвратить появление трещин.

При одинаковом абсолютном зазоре относительные зазоры будут обратно пропорциональны размерам полок в направлении движения ножа:

; , (1)

где - высота сечения в направлении отрезки полки ;

- высота сечения в направлении отрезки полки .

Для полок толщиной и высота сечений определяется из условий:

;. (2)

При заданном значении угла раскрытия полок определим угол раскрытия одной из полок . Решая систему уравнений (1) и (2) относительно и получим:

; . (3)

Чтобы при одинаковом абсолютном зазоре обеспечивался одинаковый относительный зазор практически по всему сечению (исключение составят зоны, примыкающие к краям полок) необходимо выполнить условие (4).

. (4)

Уравнение (4) позволяет выбрать угол , обеспечивающий оптимальные условия деформирования по всему сечению уголка.

Из уравнения (4) получим:

. (5)

Отрезка без существенных дефектов на поверхности разделения возможна при относительных зазорах, численное значение которых для данного материала попадает в некоторую область, т.е. можно указать минимальноеи максимальное значения допустимого относительного зазора. Следовательно, можно выбрать значения и таким образом, чтобы они оба попали в область допустимых значений.

Тогда

, (6)

где , т.е. отношение выбранных относительных зазоров на различных участках сечения.

При одинаковом значении абсолютно осевого зазора между ножами на всех участках сечения профиля, который отрезаем, получим:

; . (7)

Отсюда следует, что

, (8)

или

. (9)

Решив уравнение (9) относительно , получим:

. (10)

Выводы. Предложена методика расчета направления отрезки при поступательном движении ножей угловых профилей с учетом их геометрических характеристик и относительного осевого зазора, численное значение которого для выбранного материала профиля попадает в область допустимых значений, что обеспечивает геометрическую точность отрезаемых изделий и высокое качество поверхности разделения.

Литература:

1. Соловцов С.С. Безотходная резка сортового проката в штампах. – М.: Машиностроение, 1985. – 175с.

2. Сердюк А.И. Исследование напряженно-деформированного состояния металла в штампах со сложным движением ножей и совершенствование технологии отрезки П-образных профилей: Дис. ... канд. тех. наук. Мариуполь. 2004. - 156 с.

3. Акаро И. Л. Классификация поковок и технологических переходов горячей штамповки / И. Л. Акаро // Кузнечно–штамповочное пр–во. – 1980. – № 1. – С. 8–11.

4. Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. Т. 2. Горячая объемная штамповка / под ред. Е. И. Семенова. – М.: Машиностроение, 1986. – 592 с.