CC BY
13
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
1999г Вып. №8
УДК.621.771.26.001.5
Капланов В.И1 Днамантопуло К.К 2 Сердюк А.И 3
АНАЛИЗ МЕХАНИЧЕСКИХ СХЕМ И СПОСОБОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ОТКРЫТЫХ
ПРОФИЛЕЙ НА ЗАГОТОВКИ
По результатам проведенной систематизации и на основе морфологического анализа известных решений по сдвиговой резке профилей с учетом перспективных направлений разработок синтезированы новые конструктивные решения, обеспечивающие повышение качества отрезаемых заготовок без существенного усложнения конструкций штампов.
Наиболее экономичным при крупносерийном и массовом производстве заготовок из профильного проката являются безотходные способы резки методом сдвига одной части профиля относительно другой, осуществляемые на механических ножницах и прессах. Учитывая подобие механизма деформирования при резке на ножницах и прессах отметим, что, в случае использования универсальных кривошипных прессов для резки проката в штампах, затраты на содержание оборудования и производственных площадей строго соответствуют степени загрузки прессов операциям резки, т. е. могут быть меньше, чем при использовании кривошипных ножниц.
Вместе с тем конструкция того или иного штампа для сдвиговой резки проката позволяет реализовать известные и еще разрабаты ваемые способы и механические схемы резки проката в отличие от кривошипных ножниц.
Научно обоснованные классификации безотходных способов и схем отрезки и конструкций отрезных штампов для резки заготовок из прутка наиболее полно представлены в монографии [1]. Однако общей классификации отрезных штампов до настоящего времени; не разработано ввиду большого разнообразия их как по конструктиЕнь м схемам, так и по назначению Необходимо также отметить, что все классификации касаются только одного вида сортового проката - круга.
В связи с объективной необходимостью повышения качества заготовок, отрезаемых от полос и открытых профилей, целесообразно рассмотреть кажд ую из известных классификаци й отрезных штампов применительно к конкретной типовой форме поперечного сечения проката, которая безусловно влияет на выбор схемы и конструкцию отрезного штампа, т е. ввести «третью ось», на которой будут отложены формы поперечного сечения проката, начиная от круга (известная классификация) и далее - полоса, полоса переменного сечения, уголок, тавр, швел -лер и т.д. по мере усложнения профиля.
С целью сокращения объема статьи, приведем систематизацию или выбор возможной схемы резки, кинематики ножей, числа одновременно отрезаемых заготовок и технологических переходов только для двух видов у казанных полос. Для классификации воспользуемся продукцией цеха рельсовых скреплений ОАО МК "Азовсталь1.
Полосы по габаритным размерам и площади поперечного сечения отнесем к крупногабаритным:
полоса для подкладкп поГОСТ 8194-75 шириной В ~ 170 тт, высотой 1г = от 9 до 33 тт, площади поперечного сечения 595,7 тт2; длинна подкладок / = 380 тт; полоса для подкладки по ГОСТ 8194-75 В = 170 тт, высотой И = от 9 до 29 тт, Г = 562,4 тт"; длинна подкладок/ = 330 пнп,
полоса для накладки по ГОСТ 8193-73 В ~ 130. тт, высотой И - от 21 до 45,5 тт, 387,5 тт2;/ = от 800 до 1000 тт;
ПГТУ, д-р техн. наук, проф.
2 ПГТУ, канд. техн. наук, доц.
3 ПГТУ, аспирант.
полоса для клеммы по ГОСТ 22343-90 В —• 62 тт. к ~ от 13 до 55 тш, Р = 147,0 тт2.1= 60 тт.
По классификации штампов по способам и схемам одноопориой отрезки с возвратно поступательным движением ножей [1] для всех четырех деталей неприемлемыми оказываются штампы для закрытой резки группы 1.3 и штампы для неполностью закрытой отрезки с активным поперечным зажимом подгруппы 1.2.2. Первая группа штампов неприемлема из-за больших усилий отрезки, требующих уникального оборудования, и решения проблемы схватывания ювенильных поверхностей среза с поверхностью инструмента. Вторая группа штампов неприемлема из-за больших требуемых усилий и сложности конструкции штампа.
Штампы с пассивным поперечным зажимом (подгруппа 1.2.1.) для неполностью закрытой резки при низком качестве резки существенно сложнее при эксплуатации в связи с необходимостью пропускать полосу в отверстие цельных ножей. Поэтом}' на производстве (ОАО МК "Азовсталь") для получения этих деталей используют штампы для неполностью открытой резки с активным поперечным зажимом в неподвижном ноже. ^ ^ ^
Однако это не соответствует рекомендациям по отрезке длинных (накладки) и
коротких^® — 1 (подкладки, клеммы) заготовок.
В соответствии с классификацией отрезных штампов по числу одновременно отрезаемых коротких заготовок очевидные преимущества имеют штампы для двухопорной резки двух заготовок (подгруппы 4.2.1).
Однако для внедрения таких штампов для резки полос для подкладок может потребоваться более мощное оборудование, для чего будет необходима реконструкщй здания и перепривязка средств автоматизации для прессов с П-образной станиной.
Классификация штампов по кинематике движения ножей применительно к резке полос переменной толщины с учетом габаритов поперечного сечения показывает, что штампы с поступательным движением одного ножа пока являются безальтернативными, и даже наклонное введение полосы или наклонное перемещение ножа настолько усложняют конструкцию штампа, что делает сомнительным его работ оспособность.
Для отрезки заготовки от полосы П-образного сечения дляклеммы ПК должно быть выбрано сложное или вращательное движение ножей (группы в 2.2соответственно), т.к. при поступательном перемещении ножей неизбежно разделение профиля в направлении высоты одной из трех полок профиля. Резка такой полосы с вращательным перемещением ножей (группа 2.2) с выносными осями вращения рычагов возможна только для небольших сечений [1]. Кроме того, в процессе резки перемещаются исходна! заготовка, а оси рычагов испытывают большие нагрузки. Качество заготовок остается на уровне отрезанных по схеме неполностью закрытой отрезки с переменным усилием поперечного зажима.
Относительно штампов со сложным движением ножей (группа 2.3) указано, что это направление в конструировании отрезных штампов еще не получило развития, хотя отмечается, что перемещение ножей по заданной траектории благоприятно влияет на напряженно-деформированное состояние металла в зоне реза и уменьшает пластические деформации концов заготовки.
Что касается классификации штампов по воздействию на плоскость разделения режущих элементов, выполненных в виде односторонних клиновых выступов на торцевых поверхностях ножей и (или) зажимных полувтулок, образующих при вдавливании концентраторы напряжений, то положительное влияние их на геометрическую точносп, заготовок не вызывает сомнений. Однако низкая стойкость выступов не позволяет испол ьзовать их для разделения стальных полос. При предварительном нанесении концентраторов в отдельном или последовательном штампе выступы могут быть выполнены в виде сим метричного клина, что решает' проблему их стойкости при внедрении в стальную полосу. Кроме того в местах будущих утяжин могут быть выполнены карманы, заполняемые металлом при внедрении клиновых выступов. Объем полости кармана приравнивается к объему утяжины металла при резке полосы с концентратором. Это позволит отрезать заготовки от полосы без утяжки.
Штампы, построенные по схеме 1.2,1.3, просты по конструкции и эксплуатации и по рекомендациям [1] при отношении ^ - 2-.-''}приемлемы для порезки накладок.
Однако по такой схеме отрезки отсутствуют данные об уровне расположения нижней опоры относительно продольной оси заготовки, приводят его к максимальному положителыю-
му эффекту от противоизгиба отрезаемой части заготовки, но, в то же время, не допускаюше1 о ее пластической деформации [2].
На основе вышеприведенного анализа определены перспективные направления разработки конструктивных схем штампов для резки полос некруглого сечения, основными из которых являются:
уменьшение или исключение изгиба отрезаемых частей заготовки; создание силового воздействия на заготовку, снижающего депланацию поперечного сечения на первой (пластической) стадии разделения в зависимости от формы попе -речного сечения полосы;
выбор траектории перемещения подвижного ножа:, обеспечивающей повышение качества отрезаемой заготовки без существенного усложнения конструкции штампа; максимальное приближение равнодействующей усилия поперечного зажима к предполагаемой плоскости разделения заготовки;
использование стандартного прессового оборудования для осуществления процесса резки полосы без привлечения специального, например, высокоскоростного, двойного действия и т.п.
С учетом вышеизложенного выполнен морфологический анализ многочисленных технических решений по разделению профилей и синтезирован наиболее перспективный.
Для удовлетворения требованиям перспективных направлений разработки конструктивных схем штампов в результате отбора многочисленных технических решений по методу морфологического анализа синтезирован перспективный способ разделения профильного проката, заключающийся в следующем.
Тангенциальный сдвиг одной части заготовки относительно другой должен осуществляться за счет поворота подвижного ножа на определенный угол, что позволит не только выбрать монтажные зазоры между ножами и полосой, но и жестко зафиксировать полосу, повысить жесткость полосы в направлении окончательного разделения, а также выполнить роль концентратора напряжения, предопределяющего плоскость разделения, перпендикулярную продольной оси заготовки.
Кроме того, деформационное упрочнение, образующееся от надреза кручением и максимально на периферийной части полосы, где ее искажения -также максимальны, позволит в несколько раз повысить геометрическую точность отрезаемых заготовок.
Выводы
В результате морфологического анализа схем разделения профильного проката на примере продукции цеха рельсовых скреплений ОАО МК "Азовсталъ" удалось синтезировать наиболее перспективную схему разделения профильного проката, которая вбирает в себя лучшие: стороны рассмотренных схем.
Перечень ссылок.
1. Соловцов С. С. Безотходная резка сортового проката в штампах - М. : Машиностроение. -
1985.-175 с.
2. Резка сортового проката на мерные заготовки. /Бондаренко C.B., Кислый П. К, Кова-
ленко В. Ф., Коноплин A.A. -М.:НИИмаш,- 1968.-78 с.
Капланов Василий Ильич. Д-р техн. наук, профессор кафедры прокатного производства, окончил Мариупольский металлургический институт в 195/ деду. Основные направления научных исследований - совершенствование технологии тонколистовой прокатки.
Днамантопуло Константин Константинович. Канд. течк. наук, доцент кафедры куз-нечно-штамповочного производства, окончил Мариупольский металлургический институт в 1970 году. Основные направления научных исследований - совершенствование технологии разделения движущихся профилей.
Сердюк Алексей Иванович. Аспирант кафедры прокатного производства, окончил ПГТУ в 1996 году. Основные направления научных исследований совершенствование технологии разделения профильного проката.
