Способ определения коэффициента надреза
METHOD OF CUT COEFFICIENT DETERMINING

н
Изобретение относится к процессу резания металлических листов наклонными ножами, а именно к повышению точности расчета усилия резания за счет повышения достоверности определения коэффициента надреза ε, входящего в расчетную формулу усилия резания.
Н
Известен способ определения коэффициента надреза, основанный на сравнении его с относительным удлинением, рассчитанным по результатам испытания образцов на растяжение. По данным [1, с. 229] ε=(1,2÷1,6)δ, где δ - относительное удлинение. Недостаток этого способа - его невысокая точность.
H
Н
H
Наиболее близким к предлагаемому способу определения коэффициента надреза является способ, включающий резку образцов небольшого квадратного сечения (25×25 мм) параллельными ножами (1, с. 215), регистрацию усилия резания и перемещения ножей (силовые и геометрические параметры зоны резания), определение на их основе глубины внедрения ножей в металл в конце резания Z (фиг. 1) и вычисление коэффициента надреза как ε=Z/h.
Недостатками способа являются
- сложность экспериментальной установки ввиду необходимости регистрации двух параметров зоны резания;
- невысокая точность ввиду косвенного определения величины внедрения ножей в металл (по величине их перемещения).
Задачей изобретения является повышение достоверности определения коэффициента надреза и повышение, на основании этого, точности расчетов усилия резания наклонными ножами.
Поставленная цель достигается тем, что при использовании способа определения коэффициента надреза, включающего резку образцов металла, регистрацию силовых и геометрических параметров зоны резания, их анализ и последующее вычисление коэффициента надреза с использованием этих параметров.
Г
Согласно изобретению, изготавливают листовой клиновой образец из исследуемого металла, с использованием которого осуществляют резку наклонными ножами с заданным шагом в направлении увеличения ширины образца, при которой усилие резания регистрируют при каждом резе, измеряют ширину образца в плоскости каждого реза, строят график зависимости усилия резания от ширины зоны резания образца, по которому устанавливают минимальное значение b ширины образца в зоне резания, при которой усилие резания достигает максимального значения, и вычисляют коэффициент надреза по формуле ,
H
где ε - коэффициент надреза;
h - толщина листа;
α - угол наклона ножа.
0
Другим отличием является то, что используют упомянутый образец с минимальной шириной, вычисляемой по формуле: b=0,3δ⋅h/tgα,
0
где b - минимальная ширина;
δ - справочное значение относительного удлинения металла образца.
Кроме того, используют упомянутый образец с углом между расширяющимися сторонами, вычисляемым по формуле: ,
где ϕ - упомянутый угол;
z - число резов узкой части образца, которое принимают равным 5;
0
k=t/h;
t - заданный шаг резки образца.
p
р
0
При этом используют упомянутый образец с рабочей длиной l, определяемой по формуле: l=2k⋅z⋅h.
Опытным путем установлено [1. с. 213], что процесс резания металла методом скалывания состоит из трех периодов (фиг. 1): вмятия ножей в металл; собственно резания (сдвиг металла по плоскости резания); скалывания (отрыв оставшейся части сечения).
max
В
В
В
В
В первый период усилие резания постепенно увеличивается до максимального значения P. Длительность этого периода характеризуется коэффициентом ε, равным отношению глубины внедрения ножей в металл при вмятии Z к исходной высоте сечения полосы h, т.е. ε=Z/h.
Н
H
H
H
Во втором периоде усилие резания уменьшается с учетом уменьшения площади сечения металла. Момент окончания второго периода и начала третьего характеризуется коэффициентом надреза ε, равным отношению глубины внедрения ножей в конце периода резания Z к исходной высоте полосы, т.е. ε=Z/h.
В расчетные формулы усилия резания наклонными ножами как раз и входит коэффициент надреза. Например, широко используемая формула А.А. Королева [1, с. 229], имеет вид:
max
В
где P - максимальное усилие при резании наклонными ножами (фиг. 2); k – коэффициент, учитывающий боковой зазор, затупление ножей, изгиб листа, соотношение пределов прочности по нормальным и касательным напряжениям; σ - предел прочности материала листа; α=(1÷6)° - угол наклона ножа.
H
p
p
H
Данная зависимость получена из условия, что усилие резания наклонными ножами определяет зона резания, которая имеет форму трапеции (трапеция ABCD, фиг. 2), основания которой соответственно равны: AD=h, BC=(h-Z). При этом высота трапеции (ширина зоны резания b) DC=b=Z/tgα.
H
p
Поскольку для конкретного разрезаемого листа h, Z и α - величины постоянные, зона резания не будет изменять своих размеров и при резании широких листов (b<<b, b - ширина листа), она будет смещаться по ширине листа (справа налево, фиг. 2). При этом усилие резания будет также оставаться постоянным и будет смещаться только линия его действия.
p
max
При резании узких полос (b<b, фиг. 3) усилие резания по аналогии будет определяться трапецией BCEF, размеры которой меньше размеров трапеции ABCD. Величина усилия резания Р будет соответственно меньше P и тем меньше, чем меньше ширина полосы b.
Г
p
Величина b - минимальная ширина образца, при которой усилие резания достигает максимального значения при шаговой резке клинового образца, равна ширине зоны резания широких листов (величина b, фиг. 2) и предлагаемую зависимость для определения коэффициента надреза, в связи с этим, можно представить в виде:
0
p
у
Г
Г
p
Определить ширину зоны резания при резании широких листов затруднительно. Используя же клиновые образцы (фиг. 4), у которых начальная (минимальная) ширина b значительно меньше ширины зоны резания b, можно, осуществляя шаговую резку с шагом t, достигнуть на узкой длине образца l значения ширины зоны резания b, равной ширине зоны резания широких листов (b=b).
Г
Ширина b на клиновом образце является границей перехода от области резания узких полос к области резания широкого листа.
В области резания узких полос, как показано выше, усилие резания увеличивается с увеличением ширины полосы, при резании широкого листа - имеет постоянное максимальное значение.
Фиксируя любым способом усилие резания и измеряя ширину образца в зоне каждого реза, мы сможем построить график зависимости усилия резания от ширины реза (график P=ƒ(b)).
Г
Очевидно, что этот график будет иметь два характерных участка: восходящая линия, соответствующая результатам шаговой резки узкой части образца и горизонтальная линия на уровне максимального усилия при резании широкого листа. Точка пересечения этих линий и будет определять величину b.
y
p
p
Н
Чтобы получить необходимый результат, клиновидный образец должен гарантированно иметь на рабочей части узкую зону l (b<b) и широкую зону (b>b). Для выполнения этого условия при формировании размеров образца нужно знать ориентированное значение коэффициента надреза исследуемого металла. Для этого, учитывая наличие справочных данных по относительному удлинению, можно использовать зависимость: ε=(1,2÷1,6)δ [1, с. 229].
С учетом этой зависимости и фиг. 2 .
0
p
p
Наименьшую ширину образца b (фиг. 4) принимаем равной 0,25b (по меньшему значению b), т.е.
0
b=0,25⋅1,2δ⋅h/tgα=0,3δ⋅h/tgα
y
0
0
y
0
P
y
0
0
0
Длину узкой части образца l определяем числом точек на восходящей линии графика Р=ƒ(b) (числом ее резов Z) и шагом резки t, который будет определяться конструкцией блока резки. При общем анализе шаг резки t свяжем с толщиной листа h, как t=k⋅h, где k - целое число. Тогда l=Zkh. Рабочую длину образца определим из равенства узкой и широкой зон: l=2l=2Zkh. При практических расчетах можно принять: k=3; Z=5. Образец должен иметь также нерабочую зону l, размер которой принимается конструктивно.
Г
Н
Г
Величину b ориентировочно рассчитываем по среднему значению ε: b=1,4δh/tgα.
Г
0
Тогда разность Δb=b-b=1,1δh/tgα и угол клиновидности образца ϕ (фиг. 4) равен: .
0
Способ осуществляется следующим образом: для исследуемого металла устанавливаем справочную величину относительного удлинения δ. Применительно к блоку резки (известен угол наклона ножа α) устанавливаем величины k и Z, толщину листа h и вычисляем размеры образца (фиг. 4), используя приведенные выше зависимости.
0
Например: используемый металл - сталь 20 (относительное удлинение δ=0,25; угол наклона ножа α=2° (tg2°=0,0349); толщина листа h=3 мм. Принимаем Z=5; k=3.
Тогда: ;
;
0
t=k⋅h=3⋅3=9 мм;
Р
0
l=2Zkh=2⋅5⋅3⋅3=90 мм.
Далее изготавливаем образец и осуществляем шаговую резку с фиксацией усилия резания Р и ширины реза b. Получаем следующие результаты:
max
max
Г
Г
Увеличение усилия резания при первых пяти резах указывает на их нахождение в узкой зоне образца. Практическое равенство усилий резания при последующих резах говорит об их нахождении в широкой зоне. Учитывая это строим график Р=ƒ(b) для первых пяти резов (кривая резания, фиг. 5) и проводим горизонтальную линию, соответствующую P=36,06 кН (среднее значение для 6-9-го резов). Продлеваем кривую резания вверх до пересечения с линией P. Точка пересечения этих линий определяет величину b. В нашем случае b=31,8 мм.
Вычисляем коэффициент надреза:
Использование данного способа позволит существенно повысить достоверность коэффициента надреза вследствие непосредственного измерения геометрических параметров зоны резания, что в свою очередь повысит точность расчета усилий резания наклонными ножами.
Источники информации
1. Королев А.А. Конструкция и расчет машин и механизмов прокатных станов. - М.: Металлургия, 1985. - 376 с.