Szacowany czas czytania: 18 minuty

Profile są jednym z ważnych surowców do produkcji elementów blaszanych. Typowe profile stosowane w blachach to kątowniki, kanały, belki dwuteowe i okrągłe, płaskowniki, rury itp. W zależności od różnych urządzeń przetwórczych przedsiębiorstw produkcyjnych istnieją różne metody cięcia inny profil wykrawania, wśród których najczęściej stosowane są: wykrawanie piłą oraz wykrawanie wykrawania.

Cięcie profili

Piłowanie to metoda obróbki polegająca na odcinaniu materiału lub szczeliny i rowka przedmiotu obrabianego poprzez ruch tnący zębów piły i można ją podzielić na piłowanie ręczne i piłowanie mechaniczne, zgodnie z różnymi sposobami przykładania siły podczas ruchu piły; można go podzielić na piłę taśmową, piłę tarczową i piłę cierną zgodnie z różnymi rodzajami używanych brzeszczotów.

Piłowanie ręczne

Piłowanie ręczne to jeden ze sposobów na dzielenie materiału metalowego (lub przedmiotu obrabianego) za pomocą piłowania ręcznego, a piła ręczna składa się głównie z dwóch części: łuku piły i brzeszczotu.

Łuk piły służy do napinania brzeszczotu. Istnieją dwa rodzaje stałych i regulowanych, jak pokazano na poniższym rysunku. Brzeszczot piły jest zwykle wykonany ze stali nawęglonej walcowanej na zimno, ale także ze stali narzędziowej węglowej lub stali stopowej, utwardzanej obróbką cieplną. Powszechnie stosowany brzeszczot ma długość 300 mm (odległość między dwoma otworami montażowymi), szerokość 12 mm, grubość 0,8 mm.

1. Wybór zębów piły

Piłowanie ręczne najważniejszym narzędziem są zęby piły, podziałka zębów określana jest przez liczbę zębów na cal (25,4 mm) długości, z podziałem na 3 rodzaje grube, średnie i drobne. Można wybrać różne typy zębów piły, aby zakończyć cięcie różnych profili materiałów, złączek rurowych, materiału płyty pod materiałem. Wybór typu zęba opiera się na właściwościach mechanicznych i grubości ciętego materiału (patrz tabela poniżej).

Rodzaje zębów piły i zakres doboru

Typ ząbkowany	Liczba ząbków (n/25,4 mm)	Zakres zastosowania
Gruboziarnisty Średni W porządku	14~18 22~24 32	Cięcie miękkiej stali, mosiądzu, aluminium, czystej miedzi, żeliwa, plastiku i innych materiałów Cięcie rur stalowych o średniej twardości, grubościennych rur miedzianych Cienka blacha, cienkościenne rury i twarde materiały

Zwykły brzeszczot najlepiej nadaje się do cięcia o średniej twardości następujących materiałów, w przypadku używania brzeszczotu z drobnymi zębami do cięcia twardego materiału lub do cięcia szkła, ceramiki, stali hartowanej, należy rozpocząć cięcie przy użyciu przedniego końca brzeszczot do krawędzi lica, a kąt nachylenia powierzchni materiału α wynosi około 15° i upewnij się, że trzy zęby jednocześnie stykają się z materiałem. Aby rozmiar piły początkowej był dokładny, możesz najpierw użyć lewego kciuka, aby oprzeć się o bok brzeszczotu w celu prowadzenia, lekki nacisk na niewielką odległość w przód iw tył popchnąć i pociągnąć, aby piła ostrze łatwe do zjedzenia, patrz rysunek poniżej.

2. Metody piłowania różnych przedmiotów

Metody piłowania są różne do cięcia różnych profililub do piłowania tego samego profilu z różnymi wymaganiami.

• Piłowanie prętów

Jeżeli wymagana powierzchnia cięcia listwą tnącą jest płaska, należy ją ciąć w sposób ciągły od początku do końca. Jeśli wymagania nie są wysokie, kierunek można zmieniać kilkakrotnie podczas piłowania, aby materiał pręta mógł być ponownie piłowany pod pewnym kątem, co ułatwia piłowanie, ponieważ powierzchnia piłowania staje się mniejsza, a wydajność może usprawniać się.

• Cięcie rur

Nie zawsze można ciąć rurę do końca, w przeciwnym razie zęby łatwo się zakleszczyć i wyszczerbić, właściwa metoda piłowania to: gdy materiał rury jest przecinany, materiał rury wzdłuż kierunku piły do pchania obraca się w odpowiedni kąt, a następnie piłuj, aby rura mogła być w więcej niż kilku kierunkach, w każdym kierunku do wewnętrznej ściany.

• Piłowanie cienkiego materiału płytowego

Cięcie cienkiej płyty powinno być jak najdalej od szerokiej strony piły w dół, gdy tylko od wąskiej strony płyty należy ciąć, dostępne dwie deski zaciskające, drewno razem, aby uniknąć zahaczenia zębów piły, ale również w celu poprawienia sztywności materiału płyty, aby cięcie nie drgało, jak pokazano na poniższym rysunku (a). Można również zamocować cienką płytę bezpośrednio na imadle stołowym i użyć piły ręcznej do bocznego cięcia ukośnego, tak aby liczba zębów stykających się z cienką płytą wzrosła, aby uniknąć odpryskiwania zębów piły, jak pokazano na rysunku poniżej (b).

• Piłowanie płaskiej stali

Cięcie płaskownika, aby uzyskać porządny szew, powinno odbywać się od szerszej strony płaskiego materiału pod piłą, aby głębokość piłowania była płytka, brzeszczot nie zacinał się ani nie uszkadzał zębów i brzeszczotu.

• Piłowanie kątowe i kanałowe

Kątownik piły i stalowy kanał powinny być używane z dwóch stron (lub trzech stron), ale każda piła z płaszczyzny musi zmienić pozycję mocowania.

piłowanie mechaniczne

Oprócz piłowania ręcznego powszechnie stosowanymi narzędziami do piłowania są: piła ręczna, piła tarczowa szybko i wolnoobrotowa, piła tarciowa, piła taśmowa do metalu oraz piła wahadłowa łukowa to ogólnie piły mechaniczne, poniższe rysunki (a), (b), ( c) są powszechnie używaną ręczną piłą wiatrową, maszyną do cięcia ściernic i piłą łukową oraz innymi kształtami sprzętu do cięcia.

Wyżej wymienione pilarki można wykorzystać nie tylko do podcinania profili, ale również do cięcia innych materiałów metalowych. Przy cięciu materiałów można na ogół dobrać go do rodzaju i rozmiaru przetartego materiału.

Wykrawanie i cięcie profili

W produkcji cięcie stali kątowej, stalowej kanałów i innych profili oraz profili specjalnych jest na ogół gwarantowane metodami obróbki mechanicznej, takimi jak piłowanie lub frezowanie, ale gdy partia produkcyjna części jest większa i występuje więcej odmian, tradycyjna obróbka mechaniczna Metoda ta nie sprzyja poprawie efektywności ekonomicznej ze względu na niską wydajność produkcji, a większą uwagę zwraca się na obróbkę wykrojników profilowych.

Charakterystyka obróbki wykrawania profili

Większość obróbki profili to wykrawanie jednostronne, siła wykrawania jest niezrównoważona, a zarówno materiał, jak i stempel podlegają przesunięciu siły, co z łatwością powoduje złamanie lub odchylenie materiału i pęknięcie stempla. Podczas gdy matryca jest poddawana naciskowi bocznemu, wykrawany profil jest również poddawany sile reakcji, co powoduje dużą siłę wypaczania podczas wykrawania profilu, co wpływa na bezpieczeństwo pracy.

Konstrukcja wykrojnika profilowego

Biorąc pod uwagę te cechy obróbki wykrojników profilowych, przy projektowaniu wykrojnika profilowego należy w pełni uwzględnić wpływ siły bocznej wykrawania, a wpływ tej siły bocznej powinien być w jak największym stopniu kontrolowany lub eliminowany, a zwykle podejmowane środki to: ustawić blok pod obrabiany przedmiot i matrycę wypukłą (zwykle umieszczaną na matrycy wklęsłej, kształt i położenie bloku należy rozpatrywać w połączeniu z kształtem obrabianego elementu wykrawającego i konstrukcją matrycy, tak aby aby skutecznie zniwelować wpływ bocznej siły ścinającej) lub częściowo wydłużyć długość niepracującej krawędzi wykrojnika, tak aby przed wykrawaniem stempel odcinający i stoper były ciasno przymocowane jako pierwsze, lub wykrojnik był ciasno mocowana do wklęsłej matrycy na przedłużonej części, tak aby zrównoważyć siłę przesunięcia generowaną przez odcinanie i zapewnić żywotność matrycy oraz jakość odcinanego przedmiotu.

W celu zapobieżenia ewentualnemu wypaczeniu profilu podczas wykrawania i cięcia, co wpłynie na jakość wykrawania i bezpieczeństwo operatora. W matrycy zainstalowane są urządzenia do wstępnego prasowania i rozładowania płyty dociskowej.

W celu kontrolowania lub wyeliminowania wpływu siły bocznej podczas wykrawania profili, wykrojnik przyjmuje zwykle konstrukcję zamkniętą, dzięki czemu siła boczna działająca na nóż tnący jest lepiej zrównoważona w konstrukcji zamkniętej i zmniejszona jest tendencja do wypaczania się profilu podczas wykrawania.

Powszechnie stosowana struktura matryc do wykrawania profili

Poniższy rysunek przedstawia powszechnie używaną w produkcji wykrojnik kątowy. Aby zapobiec wypaczaniu się kąta podczas cięcia, docisk wstępny i odciążenie płyty dociskowej są wykonane ze sprężyny i gumy, aby zapewnić stabilność i bezpieczeństwo pracy. Górna i dolna matryca są prowadzone przez filary prowadzące, a górne i dolne noże tnące są zablokowane, aby przenosić nacisk boczny.

Podczas pracy półfabrykat jest przesyłany do śruby pozycjonującej 6 wzdłuż rowka w kształcie litery V na wsporniku 11 i dolnej płycie dociskowej 9. Gdy górna matryca schodzi w dół, górna płyta dociskowa 3 i dolny nóż tnący 10 i dolna płyta dociskowa 9 i górny nóż tnący 12 zaciskają odpowiednio półfabrykat, a górny nóż tnący 12 i dolny nóż tnący 10 kończą razem cięcie kątownika.

Górny nóż tnący 12 i dolny nóż tnący 10 są pod kątem 90°, odcinane z obu stron stopniowo odcinane tak, że siła wykrawania jest zmniejszona. Dolny nóż tnący 10 ma symetryczną konstrukcję, jednostronne zużycie krawędzi, można obrócić o 180° użytkowania. W przypadku konstrukcji matrycy odcinanej ze stali kątowej, należy upewnić się, że profil i wklęsła matryca pasują, to znaczy wklęsła wnęka i kąt profilu są takie same, wypukła matryca zawiera kąt niż profil zawierający kąt, jak pokazano na zgodnie z rysunkiem (a), (b), podobnie, odcięty materiał w kształcie litery U, powinien również zapewniać, że wklęsła wnęka i kąt profilu są takie same, ale wypukła matryca zawiera kąt nieco mniejszy niż 90 ° [patrz poniżej rysunek (c)], w celu zmniejszenia siły skrawania i poprawy jakości przekroju.

Poniższy rysunek przedstawia inną strukturę wykrojnika w kształcie litery U, używanego głównie do materiału grubszego (> 6 mm), a powierzchnia cięcia ma wyższe wymagania dla wycinanych elementów. Podczas pracy górna forma schodzi w dół, najpierw dwutarczowy nóż 2 poprowadzi stal po obu stronach rowka w kształcie litery V o głębokości 2 ~ 3 mm, górna forma kontynuuje schodzenie, o górną krawędź 1 i dolną krawędź 3 wytnie to wszystko.

Poniższy rysunek przedstawia strukturę wykrojnika kątowego.

Przed rozpoczęciem pracy na tej matrycy, młotek powinien być zainstalowany w odpowiednim otworze chwytu matrycy suwaka prasy. Podczas pracy włóż kątownik w rowek w kształcie litery V, a gdy suwak prasy opada, łeb młotka uderza w górną matrycę 1, a zamontowane na nim górne ostrze 8 opada, a gdy opada, tnie z dolnym ostrzem na dolnej matrycy 12, a stal kątową można odciąć.

Można ciąć stal kątową o różnych grubościach. Cięcie o grubości 6 mm lub mniejszej kątownika, górne i dolne ostrza pomiędzy szczeliną cięcia 0,3 ~ 0,4 mm, cięcie większej niż 6 mm grubości kątownika, górne i dolne ostrza pomiędzy szczeliną cięcia 0,5 ~ 1,0 mm.

Podobnie profil można również uzupełnić wykrawaniem matrycy. Istnieją dwie ogólne metody obróbki wykrawania profili, a mianowicie cięcie i cięcie końcowe, ale bez względu na użytą metodę, obróbka odbywa się poprzez zaciskanie, a następnie wykrawanie. Dlatego projektowanie matrycy powinno być zakończone poprzez zaciśnięcie profilu najpierw przez matrycę wewnętrzną i zewnętrzną wklęsłą, a następnie nacięcie matrycą wypukłą. Poniższy rysunek przedstawia strukturę wykrojnika profilowego.

Poniższy rysunek przedstawia wykrojnik końcowy profilu rury kwadratowej, który może jednocześnie zakończyć odcinanie profilu rury kwadratowej i przycinanie części w kształcie kwadratu. Podczas pracy profil jest montowany na trzpieniu 4, a gdy górna matryca opada, suwak 3 jest przesuwany w prawo przez lewy klin skośny 6, a lewa połowa profilu jest ścinana nożem w kształcie litery V krawędzi 5, następnie prawy klin skośny 6 dociska krawędź noża w kształcie litery V na prawym suwaku, aby przeciąć drugą połowę profilu, w tym czasie klin skośny lewy zostaje odłączony od kontaktu i przeciągnięty do pierwotnej pozycji przez sprężyna 1. Pierwotne położenie suwaka 3 jest ustawiane przez ogranicznik 2. Po podniesieniu górnej matrycy profil jest wysuwany z trzpienia 4 przez ręczne naciśnięcie trzpienia wyjściowego 7. Ostrze noża 5 zawsze wykonuje ruch prowadzony pomiędzy filarami 8 i trzpień 4.

Rysunek (b) poniżej przedstawia wykrojnik udarowy używany do cięcia profilu pokazanego na rysunku (a).

Podczas pracy profil jest najpierw umieszczany wewnątrz ostrza stałego 2 i ostrza ruchomego 7, a klocek pozycjonujący 3 kontroluje długość ciętego profilu. Ruchem suwaka prasy w dół, uchwyt matrycy 8 popycha ruchome ostrze 7 w dół podczas suwu roboczego prasy tak, że ociera się o stałe ostrze 2 i przecina profil.

Bez względu na rodzaj zastosowanej metody wykrawania, konstrukcja wykrojnika profilowego nadal koncentruje się na kontrolowaniu lub eliminowaniu ewentualnych odkształceń spowodowanych przez siłę boczną wykrawania i wpływ na dokładność wykrawania. Dlatego konstrukcja wykrojnika profilowego i podejmowane przez niego środki mają również zastosowanie do projektowania wykrojnika profilowego. Przekrój profilu jest na ogół bardziej złożony niż samego profilu, a w przypadku profili o różnej budowie przekroju kształt matrycy powinien być odpowiednio zaprojektowany, aby zapewnić jakość cięcia. Poniższy rysunek przedstawia zalecane kształty matryc do wykrawania profili o różnych przekrojach.

Główny mechanizm awarii stempli i matryc

Wykrawanie to proces produkcji metalu, podczas którego metalowy przedmiot jest usuwany z pierwotnej taśmy lub blachy metalowej podczas wykrawania. Usuwany materiał to nowy metalowy przedmiot obrabiany lub półfabrykat. Powierzchnia cięcia ciętej taśmy utworzonej w konwencjonalnym procesie wykrawania metalu jest częściowo ustawiona pod kątem i ma chropowaty wygląd w strefie pęknięcia cięcia.

Podczas operacji wykrawania/wykrawania zachowanie części roboczych (stemple i matryce) zależy od materiału roboczego (grubość, wytrzymałość na rozciąganie, granica plastyczności) oraz zdolności stali narzędziowej do radzenia sobie z naprężeniami powstającymi na krawędziach skrawających.

Dzięki naciskowi na krawędź wykrawającą stempla i matrycy podczas wykrawania uzyskuje się złożony rozkład naprężeń. Po uplastycznieniu materiału, w zależności od metody procesu, można uzyskać różną geometrię powierzchni przecięcia i wielkość gratu. W przypadku odkształcenia materiału blachy siła wykrawania powoduje obciążenie narzędzi. Największe naciski występują w pobliżu krawędzi skrawających narzędzia. Nacisk wykrawanego materiału na powierzchnię stempla i tarcie powodują intensywne zużycie narzędzia. Wektor sił reakcji dla narzędzi jest odwrotnie skierowany na ruch roboczy stempla. Powoduje to wygięcie blachy, co skutkuje bocznym działaniem sił. Odstęp między krawędziami narzędzia określa wartość i orientację siły nacisku.

1. Odkształcenia plastyczne

Odkształcenie trwałe występuje, gdy naprężenie ściskające przekracza granicę plastyczności na ściskanie stali narzędziowej. Twardość jest parametrem krytycznym.

Odpryski i całkowite złamanie: Zarówno inicjacja pęknięć, jak i ich wzrost są usuwane przez wysoką ciągliwość/wiązkość stali narzędziowej. Bardzo drobna i jednorodna mikrostruktura stali narzędziowej Powder Metallurgy zapewnia narzędziom dobry poziom udarności i granicy zmęczenia w przypadku kruchego zachowania.

2. Zużycie ścierne

Na stykach ślizgowych między narzędziem a materiałem roboczym pojawia się ścieranie. Zużycie ścierne jest powodowane przez twarde cząstki stykające się z powierzchnią narzędzia. Krytyczne właściwości stali narzędziowej to twardość, duża ilość węglików oraz wysoka twardość węglików.

3. Zacieranie i zużycie kleju

Naprężenia ściskające i kontakt ślizgowy powodują zarówno zacieranie, jak i zużycie adhezyjne, co skutkuje dużym tarciem i lokalnie wysoką temperaturą, co może prowadzić do mikropunktów spawów, które niszczą jakość powierzchni narzędzia. Następnie, pod wpływem naprężeń roboczych, części materiału sztyftu są wyciągane z powierzchni narzędzia przez materiał obrabiany. Krytycznymi parametrami są chropowatość, współczynnik tarcia, wiązkość/ciągliwość i twardość. Gatunek stali narzędziowej ma duży wpływ, a stale narzędziowe do metalurgii proszków mogą stanowić odpowiednie rozwiązanie, wraz z powłoką powierzchni w celu optymalizacji właściwości ślizgowych.

Ponadto podczas wykrawania lub wykrawania zaawansowanych blach o wysokiej wytrzymałości naprężenia i fale uderzeniowe znacznie wzrastają na krawędziach skrawających narzędzi. W takich przypadkach nie zaleca się stosowania konwencjonalnych stali narzędziowych (typu D2 i M2) ze względu na zbyt niski poziom wytrzymałości zmęczeniowej/udarowej, co prowadzi do wczesnych pęknięć i całkowitego złamania stempli i matryc. Odpryski i pękanie są prawdopodobnie najbardziej szkodliwymi mechanizmami awarii, jakie mogą wystąpić w zakładzie produkcyjnym.

Dzięki procesowi metalurgii proszków mikrostruktura stali narzędziowych ASP jest znacznie udoskonalona z bardzo równomiernym rozmieszczeniem drobniejszych węglików pierwotnych. Skutkuje to lepszą kombinacją ciągliwości, wytrzymałości i twardości w porównaniu z konwencjonalnymi stalami narzędziowymi.

Eksperyment wygaszania

Haczyki wycięto w arkuszu o grubości t = 0,5 mm. Blacha została wykonana ze stali węglowej niestopowej C45 (1.0503) do ulepszania cieplnego. W tabeli 1 przedstawiono skład chemiczny, aw tabeli 2 właściwości mechaniczne po obróbce cieplnej.

Skład chemiczny (średni), %

C	Mn	P	Cr	Si	S	Ni	Mo	Fe
0.48	0.73	0.011	0.09	0.35	0.01	0.02	0.002	inny

Własności mechaniczne stali hartowanej C45

Granica plastyczności Re [MPa]	Wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa]	Wydłużenie A5 [%]	Twardość HRC
335	2285	30	55

Proces wykrawania przeprowadzono za pomocą stempla o nachylonej powierzchni czołowej 12°. Na poniższym rysunku przedstawiono najważniejsze wymiary wykrojnika. Podczas testów ruch stempla wynosił 50 uderzeń/min.

Badania przeprowadzono dla trzech wartości luzu na przebicie (prześwit (C)/grubość blachy (t)): 5%, 10%, 15% (rysunek a). Skok stempla ustawiono tak, aby uzyskać głębokość penetracji H = 1,2 mm (rysunek b).

Wykrawanie blach o wysokich właściwościach wytrzymałościowych wymaga w przypadku stempli wyboru materiału o dobrej wytrzymałości i stosunkowo dużej odporności na zużycie ścierne i adhezyjne. W przypadku krótkich serii wykrawanych wyrobów istotna jest ekonomia materiału użytego na narzędzia. Stempel został wykonany ze stali narzędziowej K340 Isodur. Stal z zawartością ~8% chromu produkowana jest w technologii przetapiania elektrożużlowego (ESR). Stal ta charakteryzuje się m.in. wysoką odpornością adhezyjną na zużycie oraz wytrzymałością na ściskanie. Dzięki mikrododatkowi aluminium usprawniony zostaje system pasywacji tlenkowej, gdzie następuje pasywacja powierzchni.

Po pasywacji warstwa ta zmniejsza tendencję cząstek wykrawanego materiału do adhezji do powierzchni cięcia stempla. Twardość stempla po obróbce cieplnej wynosiła 62 HRC.