ΑΠΟΤΜΗΣΗ 1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ/ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Είναι ο αποχωρισµός τµήµατος ελάσµατος κατά µήκος µιας ανοικτής ή κλειστής γραµµής µέσω κατάλληλου εργαλείου (Σχ. 1). Το εργαλείο απότµησης αποτελείται από το έµβολο και τη µήτρα. Ο συνολικός εξοπλισµός συµπληρώνεται από τον οδηγό/συγκρατητή του ελάσµατος και το σύστηµα εξόλκευσης. Το διάκενο µεταξύ των συνεργαζοµένων επιφανειών εµβόλου και µήτρας ονοµάζεται χάρη και εκλέγεται συναρτήσει του υλικού και του πάχους του ελάσµατος. Το τελικό προϊόν µπορεί να είναι είτε το αποχωριζόµενο τεµάχιο (απότµηµα) είτε το αποµένον έλασµα (στην πρώτη περίπτωση χαρακτηρίζεται ως blanking, ενώ στη δεύτερη περίπτωση ως punching), βλ. Σχ. 2. H απότµηση εκτελείται κυρίως σε µηχανικές πρέσσες εκκέντρου, αλλά µπορεί να γίνει και σε υδραυλικές πρέσσες. Σχήµα 1. Εργαλείο απότµησης Σχήµα 2. Χαρακτηρισµός της απότµησης ανάλογα µε το απόβλιττο της κατεργασίας 1
2. ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΑΠΟΤΜΗΣΗΣ Ο µηχανισµός απότµησης περιλαµβάνει διατµητική καταπόνηση του υλικού του ελάσµατος µέχρι τη θραύση του. Οι κόψεις που συντελούν σ αυτή την καταπόνηση σχηµατίζονται από δύο επιφάνειες, την επιφάνεια πίεσης A π και την ελεύθερη επιφάνεια Α ε, βλ. Σχ. 3(α). Σχήµα 3. Χαρακτηριστικές περιοχές απότµησης: (α) Επιφάνειες κοπής (κόψεις), (β) Χαρακτηριστικά αποτµήµατος, (γ) Χαρακτηριστικές περιοχές αποµένοντος ελάσµατος ιακρίνονται οι ακόλουθες φάσεις του µηχανισµού απότµησης, βλ. Σχ. 4: (α) Ελαστική συµπίεση του υλικού µεταξύ εµβόλου/µήτρας συνοδευόµενη από ελαφρά διείσδυση των δύο κόψεων µέσα σ' αυτό. (β) Περαιτέρω διείσδυση του εµβόλου, πλαστική ροή του υλικού, µείωση της διατοµής αποχωρισµού. (γ) Εµφάνιση ζωνών διατµητικής θραύσης στην επιφάνεια απότµησης. (δ) Επέκταση των ζωνών θραύσης µέχρι συναντήσεώς τους, οπότε προκαλείται αποχωρισµός του αποτµήµατος. 2
Σχήµα 4. Μηχανισµός απότµησης και χαρακτηριστικά αποτµήµατος. 3. Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΧΑΡΗΣ ΣΤΗΝ ΠΟΙΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΤΕΛΙΚΟΥ ΠΡΟΪΟΝΤΟΣ Σωστή χάρη µεταξύ των κόψεων εξασφαλίζει συνάντηση των ζωνών θραύσεως και καθαρή εµφάνιση των επιφανειών αποχωρισµού, το δε απαιτούµενο βάθος εισχώρησης του εµβόλου ανέρχεται στο 1/3 περίπου του πάχους του ελάσµατος. Με αύξηση της χάρης το κατεργαζόµενο υλικό παρασύρεται σε µεγαλύτερο βαθµό µέσα στη µήτρα, πριν υποστεί θραύση λόγω διάτµησης, βλ. Σχ. 5. Σχήµα 5. Επίδρασης της χάρης στη ροή του υλικού. Η επιλογή σωστής χάρης λαµβάνει υπόψη το είδος του κατεργαζόµενου υλικού, την αντοχή του σε διάτµηση (ή τη σκληρότητά του) και το πάχος του ελάσµατος, επιδρά δε ευνοϊκά στην ποιότητα της κατεργασµένης επιφάνειας (µικρότερη τραχύτητα), στο απαιτούµενο φορτίο 3
απότµησης, στη διάρκεια ζωής του εργαλείου απότµησης και στη λειτουργική συµπεριφορά της πρέσσας. Στο Σχ. 6 παρουσιάζεται η επίδραση της χάρης στην ακρίβεια και την εµφάνιση του αποτµή- µατος, στις επιφάνειες αποχωρισµού αποτµήµατος και αποµένοντος ελάσµατος, καθώς επίσης και στο µέγεθος των αναπτυσσοµένων φορτίων κατεργασίας. Τα χείλη των επιφανειών αποχωρισµού (άνω και κάτω) εµφανίζουν µετά την απότµηση καµπυλότητα. Μεγάλες ακτίνες καµπυλότητας σηµειώνονται σε µαλακά υλικά ή όταν αφήνεται υπερβολική χάρη. Σχήµα 6. Επίδραση της χάρης στη δύναµη, το έργο και την επιφάνεια αποχωρισµού κατά την απότµηση. 1: Μαλακά υλικά - Σωστή χάρη 2: Σκληρά υλικά - Σωστή χάρη 3: Ανεπαρκής χάρη 4: Υπερβολική χάρη (Απόσπαση, όχι θραύση) Η χάρη χ (σε mm) υπολογίζεται εµπειρικά από τις σχέσεις: 1. Για απότµηση κλειστής γραµµής χ=0.005s(τ Β ) 0.5 χ=(0.01 0.015)s(τ Β ) 0.5 για s 3mm για s>3mm 4
όπου s (σε mm) το πάχος ελάσµατος και τ Β (σε kp/mm 2 ) η αντοχή σε διάτµηση του κατεργαζόµενου υλικού. 2. Για απότµηση κατά µήκος ανοικτής γραµµής χ=2(0.03 0.04)s 4. ΥΝΑΜΗ ΚΑΙ ΕΡΓΟ ΑΠΟΤΜΗΣΗΣ Στο Σχ. 7 παρουσιάζεται τυπικό διάγραµµα µεταβολής του φορτίου απότµησης συναρτήσει της διαδροµής του εµβόλου. Στο διάγραµµα αυτό εντοπίζονται οι ακόλουθες περιοχές: Περιοχή Ο-Α: Ελαστική παραµόρφωση Περιοχή Α-Β: Έναρξη πλαστικής παραµόρφωσης µε κράτυνση. Μέγιστη τιµή φορτίου στο σηµείο Β. Περιοχή Β-Γ: Μείωση του φορτίου λόγω ελάττωσης της επιφάνειας διάτµησης (η κράτυνση µπορεί να συνεχίζεται). Περιοχή Γ- : Εµφάνιση και ανάπτυξη ρωγµών. Ταχύτατη µείωση του φορτίου. Περιοχή -Ε: Υφίσταται αντίσταση τριβής µεταξύ τεµαχίου/µήτρας και εµβόλου/µήτρας. Περιοχή Ε-Ζ: Υφίσταται τριβής κυρίως µεταξύ τεµαχίου/µήτρας. Αποχωρισµός του τεµαχίου στο σηµείο Ζ. Περιοχή Ζ-Η: Υφίσταται µόνο αντίσταση τριβής µεταξύ εµβόλου/µήτρας. Περιοχή Η-Θ-Ο: Νεκρή διαδροµή κατά την επιστροφή του εµβόλου. Ανάπτυξη φορτίου για την έξοδο του εµβόλου από το έλασµα. Σχήµα 7. Μεταβολή του φορτίου απότµησης µε τη διαδροµή του εµβόλου Μέση δύναµη απότµησης (α) Για σύνηθες έµβολο: (β) Για έµβολο ή µήτρα µορφής (Σχ. 8): Pκ P κ = LsτB = 0.8LsτΒ 5
όπου L το περίγραµµα (περίµετρος) του προς κοπή σχήµατος, s πάχος ελάσµατος, τ Β η αντοχή σε διάτµηση του κατεργαζόµενου υλικού, βλ. Πίν 1. Πίνακας 1. Συνιστώµενες τιµές τ Β για διάφορα υλικά Υλικό τ Β (kp/mm 2 ) Ανθρακούχος χάλυβας π(c)=0.1% 0.2% (συνήθης χάλυβας σε απότµηση) π(c)=0.3% π(c)=0.4% π(c)=0.6% π(c)=0.8% π(c)=% Ανοξείδωτος χάλυβας Ωστενιτικός Φερριτικός Πυριτιούχος χάλυβας Αλουµίνιο Κράµατα αλουµινίου Ορείχαλκος Μαλακός Σκληρός Κρατέρωµα Μαλακό Σκληρό Χαλκός Μαλακός Σκληρός Κασσίτερος Μόλυβδος 24-30 36-48 45-56 55-70 70-90 80-105 45-60 40-55 45-50 7-9 16-25 22-30 35-40 32-40 40-60 18-20 25-30 3-4 2-3 Η αντοχή σε διάτµηση τ Β εξαρτάται από το λόγο d/s, όπου d η διάµετρος του εµβόλου. Για τιµές d/s<2, συνιστάται προσαύξηση της τ Β ως εξής: Για d/s = 1.5 2.0: Προσαύξηση της τ B κατά 25%. Για d/s = 1.5: Προσαύξηση της τ B κατά 90%. Για d/s = 0.7 : Προσαύξηση της τ B κατά 150%. Μείωση της δύναµης απότµησης µέχρι και 30% µπορεί να επιτευχθεί µε χρήση εµβόλου ή µήτρας µορφής, βλ. Σχ. 8 (υπάρχουν µειονεκτήµατα;). Οι σηµειούµενες γωνίες κλίσης των επιφανειών πίεσης πρέπει να είναι µικρότερες από 5 ο. Σχήµα 8. Έµβολα και µήτρες µορφής για µείωση του φορτίου απότµησης. 6
ύναµη πρέσσας Στη πράξη, για λόγους ασφαλείας, λαµβάνεται: P π =(5 1.30)Ρ κ Έργο απότµησης Α κ =c.p κ.s όπου c=0.4 0.6 ο συντελεστής προσαρµογής της καµπύλης φορτίου-διαδροµής εµβόλου. ύναµη εξόλκευσης Εµπειρικά λαµβάνεται: Ρ εξ =(0.03 0.05)Ρ κ P εξ =(0.10 0.20)Ρ κ για d/s 10 για d/s=2 Για τις υπόλοιπες τιµές του λόγου d/s επιλέγονται µε παρεµβολή κατάλληλες τιµές για τη δύναµη εξόλκευσης. Απόσταση ασφαλείας Η απόσταση της περιµέτρου απότµησης τόσο από το άκρο του ελάσµατος (απόσταση ασφαλείας a) όσο και από την περίµετρο της παρακείµενης απότµησης (απόσταση ασφαλείας e) υπολογίζεται από διαγράµµατα ή πίνακες που έχουν προκύψει από την εµπειρία (νοµογραφήµατα) συναρτήσει του πάχους ελάσµατος και του µήκους των παράλληλων γειτονικών περιµέτρων, βλ. για παράδειγµα τον Πίν. 2 και Σχ. 9. Για απλές περιπτώσεις λαµβάνεται: e ή a=(1.5 2.0)s Συντελεστής εκµετάλλευσης Είναι ο λόγος του εµβαδού του τεµαχίου Α τ προς το εµβαδόν του διατιθέµενου ελάσµατος Α ε ξ = Α τ Αε Εξαρτάται από τις διαστάσεις τεµαχίου και ελάσµατος, το γεωµετρικό σχήµα τεµαχίου και τον τρόπο διάταξης των αποτεµνοµένων τεµαχίων πάνω στο έλασµα. Επιδιώκεται πάντοτε µεγιστοποίηση του ξ. Σχήµα 9. Ορισµός των αποστάσεων a, e, l a, l e, B. 7
s (mm) Πίνακας 2. Συνιστώµενες τιµές για τις αποστάσεις ασφαλείας e και a Β 100 mm Β (100,200] e, a l e (mm) l a (mm) (mm) 10 (10,50] (50,100] >100 10 (10,50] (50,100] (100,200] 0.10 e a 0.8 1.6 1.9 1.8 2.2 2.0 2.4 0.9 1.8 2.2 2.0 2.4 2.2 2.7 0.30 e a 0.8 0.9 1.5 1.4 1.7 1.6 1.9 1.1 1.4 1.7 1.6 1.9 1.8 2.2 0.50 e a 0.8 0.9 0.9 1.5 1.1 1.5 1.4 1.7 0.75 e=a 0.9 1.4 1.4 1.6 0 e=a 1.1 1.3 1.5 1.1 1.3 1.5 1.7 5 e=a 1.4 1.6 1.8 1.3 1.6 1.8 2.0 1.50 e=a 1.3 1.4 1.6 1.8 1.4 1.6 1.8 2.0 1.75 e=a 1.5 1.6 1.8 2.0 1.6 1.8 2.0 2.2 2.00 e=a 1.6 1.7 1.9 2.1 1.7 1.9 2.1 2.3 2.50 e=a 1.9 2,0 2.2 2.4 2,0 2.2 2.4 2.6 3.00 e=a 2.1 2.3 2.5 2.7 2.3 2.5 2.7 2.9 4.00 e=a - - - - - - - - s: πάχος ελάσµατος, Β: πλάτος ελάσµατος, e: πλάτος στελέχους, a: πλάτος περιθωρίου, l a : µήκος περιθωρίου, l e : µήκος στελέχους. 5. ΤΟ ΕΡΓΑΛΕΙΟ ΑΠΟΤΜΗΣΗΣ Στα Σχ. 10 και 11 παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά τµήµατα τυπικού εργαλείου απότµησης. Στο Σχ. 10 φαίνεται η κατασκευή µιας ροδέλας µε µία κίνηση του εργαλείου, ενώ στο Σχ. 12 η ίδια κατασκευή µε διαδοχικές κινήσεις του εργαλείου. Σχήµα 10. Τυπικό εργαλείο απότµησης για κατασκευή ροδέλας µε µία κίνηση 8
Σχήµα 11. Εργαλείο απότµησης για κατασκευή ροδέλλας µε διαδοχικές κινήσεις ιακρίνονται σε: Εργαλεία χωρίς οδηγό, για πολύ απλές περιπτώσεις απότµησης µικρού αριθµού τεµαχίων, όπου το έµβολο απλά προσδένεται κατάλληλα στην κινητή κεφαλή της πρέσσας, ενώ η µήτρα ευθυγραµµίζεται προς το σταθερό έµβολο και στη συνέχεια στερεώνεται στην τράπεζα της πρέσσας. Εργαλεία µε οδηγό-πλάκα, για την κατασκευή µεγάλης παρτίδας αντικειµένων. Η οδηγόςπλάκα συνδέεται σταθερά µε το κάτω τµήµα του εργαλείου και µπορεί να χρησιµοποιηθεί και σαν εξολκέας. Το έµβολο βρίσκεται πάντα µέσα στην οδηγό-πλάκα σε βάθος ίσο µε s/2. To πάχος της οδηγού-πλάκας κυµαίνεται µεταξύ 18-23 mm. Σε µη συµµετρικές µορφές αποτµηµάτων, είναι απαραίτητο να γνωρίζουµε το σηµείο εφαρµογής της δύναµης απότµησης. Προς αποφυγή ροπών λόγω εκκεντρότητας του φορτίου και καταπόνησης εργαλείου και πρέσσας.πρέπει ο άξονας του φορτίου που επιβάλλεταιαπό την κινητή κεφαλή της πρέσσας να διέρχεται από αυτό το σηµείο, το οποίο δεν είναι άλλο από το κ.β. της περιµέτρου του αποτµήµατος. Το σηµείο εφαρµογής της δύναµης απότµησης µπορεί να υπολογιστεί αναλυτικά ή γραφικά (βλ. παράδειγµα Σχ. 12). 9
Σχήµα 12 10