Способ определения коэффициента надреза

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_н, входящего в расчетную формулу усилия резания.

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_Н=(1,2÷1,6)δ, где δ - относительное удлинение. Недостаток этого способа - его невысокая точность.

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_H (фиг. 1) и вычисление коэффициента надреза как ε_Н=Z_H/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.

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_Г ширины образца в зоне резания, при которой усилие резания достигает максимального значения, и вычисляют коэффициент надреза по формуле ,

где ε_H - коэффициент надреза;

h - толщина листа;

α - угол наклона ножа.

Другим отличием является то, что используют упомянутый образец с минимальной шириной, вычисляемой по формуле: b₀=0,3δ⋅h/tgα,

где b₀ - 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;

k₀=t/h;

t - заданный шаг резки образца.

При этом используют упомянутый образец с рабочей длиной l_p, определяемой по формуле: l_р=2k₀⋅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).

В первый период усилие резания постепенно увеличивается до максимального значения P_max. Длительность этого периода характеризуется коэффициентом ε_В, равным отношению глубины внедрения ножей в металл при вмятии Z_В к исходной высоте сечения полосы h, т.е. ε_В=Z_В/h.

Во втором периоде усилие резания уменьшается с учетом уменьшения площади сечения металла. Момент окончания второго периода и начала третьего характеризуется коэффициентом надреза ε_Н, равным отношению глубины внедрения ножей в конце периода резания Z_H к исходной высоте полосы, т.е. ε_H=Z_H/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:

где P_max - 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_В - предел прочности материала листа; α=(1÷6)° - угол наклона ножа.

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_H). При этом высота трапеции (ширина зоны резания b_p) DC=b_p=Z_H/tgα.

Поскольку для конкретного разрезаемого листа h, Z_H и α - величины постоянные, зона резания не будет изменять своих размеров и при резании широких листов (b_p<<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.

При резании узких полос (b<b_p, фиг. 3) усилие резания по аналогии будет определяться трапецией BCEF, размеры которой меньше размеров трапеции ABCD. Величина усилия резания Р будет соответственно меньше P_max и тем меньше, чем меньше ширина полосы b.

Величина b_Г - минимальная ширина образца, при которой усилие резания достигает максимального значения при шаговой резке клинового образца, равна ширине зоны резания широких листов (величина b_p, фиг. 2) и предлагаемую зависимость для определения коэффициента надреза, в связи с этим, можно представить в виде:

Определить ширину зоны резания при резании широких листов затруднительно. Используя же клиновые образцы (фиг. 4), у которых начальная (минимальная) ширина b₀ значительно меньше ширины зоны резания b_p, можно, осуществляя шаговую резку с шагом t, достигнуть на узкой длине образца l_у значения ширины зоны резания b_Г, равной ширине зоны резания широких листов (b_Г=b_p).

Ширина b_Г 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)).

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_Г.

Чтобы получить необходимый результат, клиновидный образец должен гарантированно иметь на рабочей части узкую зону l_y (b<b_p) и широкую зону (b>b_p). 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_Н=(1,2÷1,6)δ [1, с. 229].

С учетом этой зависимости и фиг. 2 .

Наименьшую ширину образца b₀ (фиг. 4) принимаем равной 0,25b_p (по меньшему значению b_p), т.е.

b₀=0,25⋅1,2δ⋅h/tgα=0,3δ⋅h/tgα

Длину узкой части образца l_y 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=k₀⋅h, где k₀ - целое число. Тогда l_y=Zk₀h. Рабочую длину образца определим из равенства узкой и широкой зон: l_P=2l_y=2Zk₀h. При практических расчетах можно принять: k₀=3; Z=5. Образец должен иметь также нерабочую зону l₀, размер которой принимается конструктивно.

Величину b_Г ориентировочно рассчитываем по среднему значению ε_Н: b_Г=1,4δh/tgα.

Тогда разность Δb=b_Г-b₀=1,1δh/tgα и угол клиновидности образца ϕ (фиг. 4) равен: .

Способ осуществляется следующим образом: для исследуемого металла устанавливаем справочную величину относительного удлинения δ. Применительно к блоку резки (известен угол наклона ножа α) устанавливаем величины k₀ и Z, толщину листа h и вычисляем размеры образца (фиг. 4), используя приведенные выше зависимости.

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; k₀=3.

Тогда: ;

;

t=k₀⋅h=3⋅3=9 мм;

l_Р=2Zk₀h=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:

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_max=36,06 кН (среднее значение для 6-9-го резов). Продлеваем кривую резания вверх до пересечения с линией P_max. Точка пересечения этих линий определяет величину b_Г. В нашем случае b_Г=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.