Безотходная разрезка сортового проката в штампах

Соловцов С.С.

Машиностроение, 1985 г.

1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ О РАЗРЕЗКЕ ПРОКАТА  В  ШТАМПЕ

Под разрезкой в штампе понимают безотходное разделение проката на заготовки путем смещения отрезаемой части но поверхности раздела под воздействием сближающихся ножей. Перемещение одного или обоих ножей может быть поступательным, вращательным или иметь другую траекторию заданной формы. В штампах разрезают вхолодную стальные прутки диаметром до 70 мм. Прутки больших диаметров режут на сортовых ножницах.

Отрезка в штампе представляет собой совокупность формоизменяющего и разделительного процессов и состоит в общем случае из последовательно развивающихся и накладывающихся друг на друга этапов упругой деформации, пластической деформации и разрушения. Используемое в литературе определение отрезки в штампе как «отрезки сдвигом» [25] неточно отражает сущность процесса и поэтому является условным.

Простейшая принципиальная схема отрезки в штампе приведена на рис. 2. Для разрезки пруток 1 вводят в отверстие неподвижного ножа 2 и подвижного ножа 3 до упора 4. Под воздействием перемещающегося вниз ползуна пресса 5 подвижный нож смещается относительно неподвижного, отрезая заготовку. Основные геометрические параметры заготовки — диаметр сечения d и длина l. Важнейшими параметрами схемы являются осевой зазор между ножами z_oc  поперечный зазор z_n между отверстием ножа и прутком и угол наклона прутка а.

При перемещении подвижного ножа вниз вначале пруток поворачивается (наклоняется) в ножах в пределах поперечного зазора. Под воздействием ножей в металле в зоне реза возникают упругие деформации. После того, как напряжения в этой зоне достигнут достаточного значения, начинается пластическая деформация — поперечное сжатие, изгиб и растяжение волокон. В начальной стадии отрезки пластическая деформация сосредотачивается у кромок ножей, которые внедряются на некоторую глубину в пруток. С развитием пластической деформации в металле возникают микротрещины, которые в процессе отрезки сливаются, образуя макротрещины, распространяющиеся от кромок ножей навстречу друг другу. В результате соединения трещин образуется поверхность раздела и отрезаемая заготовка отделяется от прутка.

Форма отрезанной заготовки зависит от степени развития пластической деформации и характера разрушения при отрезке. В общем случае при отрезке с большими искажениями формы поверхность заготовки состоит из неоднородных то своей природе участков (рис. 3): недеформированного // участка; вмятин ///, образованных контактной пластической деформацией; утяжин VI, возникающих в результате внеконтактной пластической деформации; гладких плоских («блестящих») поясков на торцах V, образованных пластическим внедрением ножей, и шероховатых волнообразных участков IV на торцах, вызванных разрушением.

Происходящая при отрезке пластическая деформация распространяется от торца вдоль заготовки, образуя приторцовые зоны VII пластически деформированного металла. Форма и размеры этих зон зависят от природы металла, способа, механической схемы и температурно-скоростных условий отрезки.

Овальная форма торца / (см. рис. 3) образуется в результате поперечной местной вмятины /// у конца заготовки и утяжины VI. Поперечное смятие происходит по поверхности контакта заготовки с отрезным ножом под действием усилия отрезки. Протяженность рельефно очерченного участка поверхности смятия зависит от угла а поворота прутка в ноже (см. рис. 2) и от степени соответствия профиля ножа профилю прутка. Если нет поперечного зазора, то пруток не поворачивается и вмятина не образуется.

Пластический (блестящий) поясок V на торце образуется сдвигом и деформацией периферийных слоев металла прутка (изгиб, растяжение, поперечное сжатие и заглаживание перерезанных волокон). Направление пластического пояска в осевом сечении перпендикулярно линии участка вмятины.

Утяжина возникает в результате пластической деформации растяжения и изгиба волокон при внедрении ножа. Значительную часть торца занимает шероховатая поверхность IV, образованная разрушением.

В результате пластической деформации при холодной разрезке свойства металла в приторцовых зонах изменяются. Механические характеристики, микро- и макроструктура металла в деформированных зонах существенно отличаются от исходных.

1.2. Способы и схемы отрезки

Разрезка сортового проката в штампах и на сортовых ножницах может быть выполнена разными способами. Применяемые в производстве и перспективные способы можно классифицировать по нескольким признакам: по степени ограничения перемещения и пластического течения металла в полости ножей и в зоне реза, по температуре разрезаемого металла и по скорости отрезки.

Классификация способов отрезки по степени ограничения перемещения и пластического течения металла приведена в табл. 1 [30]. Согласно этой классификации возможны четыре способа отрезки, для наименования которых примем следующие условные термины: открытая, неполностью открытая, неполностью закрытая, закрытая. Способы 2 и 3 имеют две разновидности, различающиеся по виду поперечного зажима прутка в ножах: 2Б, ЗБ — с пассивным зажимом; 2В, ЗВ — с активным зажимом. Способ отрезки характеризуется схемой, которая определяет взаимоположение прутка и ножей, возможности их взаимного перемещения, силовое воздействие на них в процессе отрезки, напряженное состояние, форму и размеры зоны пластической деформации.

Открытая отрезка (способ 1) выполняется в открытом штампе и протекает при не ограниченном упорами или прижимами перемещении прутка и отрезаемой части в вертикальной плоскости. При отрезке происходит свободный пластический изгиб отрезаемой части, ведущий к значительному искажению формы отрезаемой заготовки, и поворот прутка. Способ не обеспечивает устойчивого положения разрезаемого прутка и точной формы отрезаемых заготовок, поэтому его применяют в единичном производстве для отрезки длинных заготовок ручными рычажными ножницами или примитивными штампами на ручных прессах.

Неполностью открытая отрезка (способ 2) в отличие от открытой имеет ограничение подвижности (поворота) прутка относительно неподвижного ножа в вертикальной плоскости, что достигается поперечным пассивным или активным зажимом его в неподвижном ноже. Под пассивным (схема А) понимают зажим реактивными силами R, действующими на пруток со стороны ножа. Эти силы возникают в процессе отрезки и пропорциональны усилию деформирования, поэтому после образования поверхности раздела, когда усилие снижается до нуля, исчезают и силы поперечного зажима. Во время отрезки под действием пары реактивных сил создается момент M = Ra, удерживающий пруток от поворота.