Μηχανουργική Τεχνολογία ΙΙ

Τ.Ε.Ι. Λάρισας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών (Σ.Τ.ΕΦ.) Τμήμα Μηχανολογίας Μηχανουργική Τεχνολογία ΙΙ Καλούπια κοπής-διαμόρφωσης λαμαρίνας Ιωάννης Δ. Κεχαγιάς Δρ. Μηχανολόγος Μηχανικός

Θεωρία κοπής λαμαρίνας 2 Οι κυριότερες κατεργασίες για την κατασκευή προϊόντων από λαμαρίνα είναι η κοπή, η μορφοποίηση και η κοίλανση. Οι κατεργασίες αυτές γίνονται με ψαλίδια και πρέσσες (μηχανικές ή υδραυλικές) με ειδικά καλούπια που έχουν πολλά κοινά χαρακτηριστικά. Απ αυτές τις κατεργασίες η πιο απλή και περισσότερο κοινή είναι η κοπή, η οποία συνήθως προηγείται των άλλων δύο στη διαδικασία της παραγωγής και γι αυτό θ αρχίσουμε από αυτή.

Κοπή 3 Η κοπή μπορεί να οριστεί σαν η κατεργασία κατά την οποία αποχωρίζεται ένα ή περισσότερα κομμάτια από το αρχικό φύλλο ή από μια συνεχή λωρίδα λαμαρίνας. Αν το όριο ανάμεσα στα αποχωριζόμενα κομμάτια (η τομή) είναι μια ανοιχτή γραμμή, τότε η κατεργασία ονομάζεται απότμηση. Ειδικότερα απότμηση κατά ευθεία γραμμή γίνεται συχνά σε ειδικά μηχανήματα που λέγονται ψαλίδια και η κατεργασία ονομάζεται ψαλιδισμός.

4

Κοπτικά καλούπια 5 Συνηθέστερα, η τομή είναι μια κλειστή γραμμή (π.χ. κύκλος, έλλειψη ή σύνθετη κλειστή γραμμή αποτελούμενη από ευθύγραμμα τμήματα και κυκλικά τόξα). Στην περίπτωση αυτή, η κοπή γίνεται πάντα σε πρέσσες με ειδικά κοπτικά καλούπια.

Ανάλυση της κοπής 6 Κατά την κοπή λαμαρίνας, οι δυνάμεις που εφαρμόζονται στο μέταλλο από το έμβολο και τη μήτρα είναι βασικά διατμητικές δυνάμεις. Έτσι ίσες και αντίθετες δυνάμεις οι οποίες βρίσκονται σε μικρή απόσταση μεταξύ τους ενεργούν πάνω στο μέταλλο. Αυτές οι δυνάμεις αναπτύσσουν διατμητικές τάσεις και οι οποίες τελικώς διαχωρίζουν το μέταλλο. Η αντίσταση που προβάλλει το υλικό σ αυτές τις διατμητικές δυνάμεις καλείται αντοχή του υλικού σε διάτμηση

7

Χάρη 8 Χάρη ονομάζουμε το διάκενο που υπάρχει μεταξύ του εμβόλου και της μήτρας. Η χάρη είναι η σημαντικότερη παράμετρος της κοπής και αυτό γιατί επηρεάζει άμεσα τόσο το μέγεθος των κοπτικών δυνάμεων, όσο και το ποιοτικό αποτέλεσμα. Στις συνηθισμένες κατεργασίες κοπής, η κανονική τιμή της χάρης (δηλαδή της διαφοράς ακτίνων μήτρας και εμβόλου) κυμαίνεται μεταξύ 5% και 15% του πάχους της λαμαρίνας. Οι μικρότερες τιμές ισχύουν για μαλακά μέταλλα (π.χ. αλουμίνιο, χαλκός) και για μικρά πάχη λαμαρίνας και οι μεγαλύτερες τιμές της χάρης για σκληρά μέταλλα και μεγάλα πάχη. Κανονικές τιμές της χάρης για διάφορα υλικά και πάχη λαμαρίνας μπορούν να ληφθούν και από τις καμπύλες του σχήματος 1.3.

9

Ας υποθέσουμε ότι η χάρη είναι ίση με το πάχος της λαμαρίνας που θέλουμε να κόψουμε και ότι οι ακμές του εμβόλου και της μήτρας είναι στρογγυλοποιημένες από φθορά, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.2. 10

11 Καθώς το έμβολο πιέζει τη λαμαρίνα, το μέταλλο κάμπτεται γύρω από την ακτίνα του εμβόλου και της μήτρας. Αυτή η κάμψη του υλικού οφείλεται στη μεγάλη χάρη εμβόλου και μήτρας. Καθώς το έμβολο συνεχίζει να πιέζει τη λαμαρίνα προς τα κάτω, το κατακόρυφο τμήμα της λαμαρίνας ανάμεσα στο έμβολο και τη μήτρα υποβάλλεται σε εφελκυσμό και αν οι εφελκυστικές τάσεις υπερβούν το όρια αντοχής του υλικού σε εφελκυσμό, η λαμαρίνα θα σπάσει. Στην ανωτέρω περίπτωση το μέταλλο θα κοπεί λόγω της κάμψης και εφελκυσμού, με αποτέλεσμα να έχουμε το σχηματισμό μιας τρύπας με φλάντζα και μεγάλη τραχύτητα γύρω από την ακμή της και απόβλητο κοίλο (όχι επίπεδο). Δηλαδή, ο αποχωρισμός του υλικού έγινε με θραύση σε εφελκυσμό και όχι με διάτμηση. Για να έχουμε διάτμηση, θα πρέπει οι ακμές του κοπτικού εμβόλου και του κοπτικού δακτυλίου να είναι οξείες και η χάρη ανάμεσά τους να είναι σημαντικά μικρότερη του πάχους της λαμαρίνας.

12 Αν τώρα χρησιμοποιήσουμε αιχμηρό έμβολο μήτρα και χάρη μικρότερη από το πάχος της λαμαρίνας, τότε τα χείλη της λαμαρίνας μετά την κοπή έχουν πιο κανονική ποιότητα μορφής, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.4.

13

14 Σε μια ακμή λαμαρίνας μετά την κοπή με σωστή χάρη, υπάρχουν τέσσερις διακεκριμένες περιοχές που είναι η κάμψη, η συμπίεση, η θραύση και το γρέζι. Αυτά τα χαρακτηριστικά είναι και στις δύο μεριές της κοπής αλλά σε αντίθετες θέσεις.

15 Η κάμψη αντιπροσωπεύει τη ροή του μετάλλου γύρω από το έμβολο και τη μήτρα και οφείλεται στο κενό της χάρης. Η κάμψη είναι μεγαλύτερη για μεγαλύτερη χάρη και μαλακότερα υλικά. Οι οξείες κοπτικές ακμές του εμβόλου και της μήτρας εισχωρούν στη συνέχεια στο μέταλλο και δημιουργούν μια κάθετη λεία ακμή που αναφέρεται σαν συμπίεση. Στη συνέχεια, η υπό γωνία θραύση της επιφάνειας είναι τραχεία και έχει ανώμαλη υφή. Η περίπτωση του γρεζιού θα αναφερθεί αργότερα. Όσο μικρότερη χάρη χρησιμοποιούμε και οξείες κοπτικές ακμές, τόσο η κοπή πλησιάζει στην καθαρή διάτμηση.

16

17 Η λαμαρίνα στη δοκιμή μας έχει πάχος 9 mm και είναι θερμής έλασης και μικρής περιεκτικότητας σε άνθρακα. Καθώς το έμβολο διεισδύει στη λαμαρίνα, οι κρύσταλλοι του μετάλλου γύρω από την περιοχή αυτή επιμηκύνονται ελαφρώς. Το έμβολο έχει διεισδύσει στο μέταλλο γύρω στα 0.25 mm. Έτσι, δημιουργούνται μόνιμες παραμορφώσεις στην επιφάνεια. Η κάμψη της λαμαρίνας και η συμπίεση έχουν αρχίσει, αλλά δεν έχουν συμπληρωθεί. Οι ίδιες παραμορφώσεις αντιστοιχούν και στην κάτω επιφάνεια της λαμαρίνας προς τη μεριά της μήτρας. Ας σημειωθεί ότι το μέταλλο που βρίσκεται ακριβώς κάτω από την επίπεδη επιφάνεια του εμβόλου δεν παραμορφώνεται, γιατί αυτό κινείται προς τα κάτω μαζί με το έμβολο.

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

Επιλογή της χάρης 29 Η επιλογή της χάρης που θα χρησιμοποιήσουμε εξαρτάται από την ποιότητα επιφάνειας που επιθυμούμε. Μεγάλες τιμές της χάρης, πάνω από 15% του πάχους της λαμαρίνας, δεν απαιτούν μεγάλες ευθυγραμμίσεις μεταξύ πρέσας και καλουπιού, καθ όσον υπάρχει μικρότερη πιθανότητα σύγκρουσης των καμπτικών ακμών μεταξύ τους, ώστε να έχουμε θραύση αυτών. Στην περίπτωση της μεγάλης χάρης ίσως να μην είναι επιθυμητή η προκαλούμενη μεγάλη κάμψη των αποκομμένων ακμών. Μερικές φορές μας βολεύει η μικρή χάρη, δηλαδή κάτω από 10% του πάχους της λαμαρίνας, καθ όσον έτσι δεν αναπτύσσονται δευτερογενείς διατμητικές τάσεις και έτσι παίρνουμε πιο πλήρη ακμή του μετάλλου.

Επιλογή της χάρης 30 Με μικρή χάρη προκαλούνται μεγαλύτερες φθορές στο έμβολο και τη μήτρα, που οφείλεται στην επιπρόσθετη συμπίεση του μετάλλου, επιπλέον δε το μέταλλο φρακάρει πιο πολύ στο έμβολο και τη μήτρα. Έτσι, απαιτούνται μεγαλύτερες δυνάμεις για να ωθήσουν και να απομακρύνουν από τη μήτρα το μέταλλο που αποκόβεται (εξολκέας μήτρας) και μεγάλες δυνάμεις για να απελευθερώσουν το εναπομένον μέταλλο (σκελετός) από το έμβολο (εξολκέας εμβόλου), όπως φαίνεται στο σχήμα

31

Επιλογή της χάρης 32 Έτσι, με την κανονική ανοχή έχουμε προϊόντα με τις πιο καθαρές ακμές, αλλά μόνο η περιοχή της συμπίεσης έχει τις διαστάσεις που ορίζονται στο σχέδιο. Επίσης, με την κανονική χάρη έχουμε τις μικρότερες καταστροφές στο καλούπι και τις μικρότερες δυνάμεις εξόλκευσης.

Επιλογή της χάρης 33 Από τη διάμετρο της μήτρας του καλουπιού εξαρτάται η διάμετρος του μετάλλου που αποκόπτεται. Αυτή η διάμετρος μετριέται εγκαρσίως του αποκομμένου τεμαχίου στην περιοχή της συμπίεσης. Άρα, αν το κομμάτι που θα αποκοπεί είναι το προϊόν (εκτομή), το μέγεθος της μήτρας γίνεται σύμφωνα με τις διαστάσεις που είναι επάνω στο σχέδιο και το έμβολο γίνεται μικρότερο κατά το διπλάσιο της χάρης. Αν τώρα η τρύπα που απομένει είναι το προϊόν (διάτρηση), τότε το έμβολο θα γίνει σύμφωνα με τις διαστάσεις του σχεδίου, η δε μήτρα θα κατασκευαστεί μεγαλύτερη κατά το διπλάσιο της χάρης.

34

Άλλα χαρακτηριστικά της κοπής 35 Παραμόρφωση κύρτωσης (κυάθωσης): Κατά την κοπή, η λαμαρίνα που βρίσκεται κάτω από το έμβολο, συνήθως δεν υποστηρίζεται από κάτω, κόντρα στο έμβολο, με αποτέλεσμα το κομμάτι να βγαίνει ελαφρώς κυρτωμένο, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.18. Μετά την εξόλκευση του αποκομμένου τεμαχίου παραμένει σ αυτό κύρτωση σαν μόνιμη παραμόρφωση, που αναφέρεται σαν κυάθωση. Αυτή η κυάθωση μπορεί να αποφευχθεί με τη χρήση μιας πλάκας αντιστήριξης μέσα στη μήτρα, που ενεργεί ταυτόχρονα και σαν εξολκέας της μήτρας

36

37

Τυπική φθορά: 38 Οι κοπτικές ακμές του εμβόλου και της μήτρας φθείρονται κατά ένα όμοιο τρόπο, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.20. Ο κρατήρας και η φθορά της ακμής εξαλείφονται, τροχίζοντας τα ατσάλια του εμβόλου μήτρας. Ένα ρεκτιφιέ της επιφάνειας αφαιρεί ένα μικρό στρώμα μετάλλου από το οριζόντιο πρόσωπο του εμβόλου και της μήτρας. Οι πλευρικές φθορές όμως δεν εξαλείφονται, γιατί δεν μπορούμε να τροχίσουμε τις πλευρές του εμβόλου και της μήτρας, αφού αυτό θα αλλοίωνε τη χάρη. Η φθορά αυτή οφείλεται στη συμπίεση και είναι αποτέλεσμα πιθανής ψυχρής συγκόλλησης της λαμαρίνας με το έμβολο ή τη μήτρα. Η πλευρική φθορά απαιτεί και μεγαλύτερες δυνάμεις εξόκλευσης. Επίσης, προκαλεί μεταβολές στις διαστάσεις του κομματιού κατά την κοπή.

39

40

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΟΠΗ ΛΑΜΑΡΙΝΑΣ 41 Τα περισσότερα έμβολα και μήτρες που χρησιμοποιούμε για την κοπή λαμαρίνας καταλήγουν σε επίπεδες επιφάνειες που σχηματίζουν ορθή γωνία με τις κάθετες πλευρές. Καθώς κλείνει το καλούπι, η κοπή αρχίζει γύρω από όλη την περίμετρο του εμβόλου ταυτοχρόνως. Το ίδιο ακριβώς γίνεται και από τη μεριά της μήτρας. Οι ορθογωνισμένες μορφές εμβόλου μήτρας προκαλούν τις ελάχιστες παραμορφώσεις Μερικές φορές, ιδιαιτέρως όταν κόβουμε παχύτερα μέταλλα, είναι σκόπιμο να τροχίζουμε υπό γωνία το έμβολο ή τη μήτρα, έτσι ώστε οι κοπτικές δυνάμεις να αναπτύσσονται προοδευτικά γύρω από την περίμετρο. Η κοπή αναφέρεται σαν ψαλιδισμός.

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΟΠΗ ΛΑΜΑΡΙΝΑΣ 42 Στα περισσότερα καλούπια απαιτείται μια δύναμη εξόλκευσης για να απομακρύνουμε τη λαμαρίνα από το έμβολο, επάνω στο οποίο έχει φρακάρει. Σ αυτό το κεφάλαιο θα αναφερθούμε στον υπολογισμό των δυνάμεων και της ενέργειας που σχετίζονται με την κοπή λαμαρίνας. Δηλαδή, θα υπολογίσουμε τα ακόλουθα: Δυνάμεις κοπής για ορθογωνισμένα έμβολο και μήτρα Δύναμη κοπής για έμβολο μήτρα υπό γωνία Δύναμη εξόλκευσης Έργο ή ενέργεια κατά την κοπή

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΟΠΗ ΛΑΜΑΡΙΝΑΣ 43 Εδώ να αναφέρουμε ότι οι όροι κοπή (cutting), ψαλιδισμός (shearing), διάτρηση (δια πιέσεως punching), κοπή κατά μια κλειστή γραμμή (blanking), αποκοπή (trimming) είναι όλοι παραπλήσιοι και οι τύποι ισχύουν για όλες αυτές τις κατεργασίες κοπής. Ο υπολογισμός της δύναμης κοπής είναι απαραίτητος για να διαλέξουμε την κατάλληλη πρέσα σε τόνους για κάθε ιδιαίτερο καλούπι. Το έργο ή η ενέργεια χρειάζεται για να υπολογίσουμε το μέγεθος του σφονδύλου για μηχανικές πρέσες. Οι δυνάμεις εξόλκευσης πρέπει να εκτιμηθούν ώστε να μπορέσουμε να υπολογίσουμε το μέγεθος και τη συμπίεση των ελατηρίων που απαιτούνται για το σκοπό αυτό. Για τους υπολογισμούς υποθέτουμε ότι έχουμε φρεσκοτροχισμένες κοπτικές ακμές, άρα με τη φθορά αυτών θα έχουμε αυξημένες δυνάμεις.

44 Δυνάμεις κοπής με ορθογωνισμένα έμβολο μήτρα Δύναμη = Τάση Επιφάνεια Πιο ειδικά, για την κοπή έχουμε: Δύναμη = (Διατμητική τάση) (Περίμετρος κοπής) (Πάχος λαμαρίνας), αφού η επιφάνεια κοπής ισούται με την περίμετρο ή το μήκος της κοπής επί το πάχος της μεταλλικής λαμαρίνας. Η παραπάνω σχέση, χρησιμοποιώντας τα αντίστοιχα σύμβολα γράφεται: F = S π D t

45 Δυνάμεις κοπής με ορθογωνισμένα έμβολο μήτρα Στην πράξη, το μήκος της κοπτικής ακμής της μήτρας είναι συνήθως μεγαλύτερο από το μήκος της κοπτικής ακμής του εμβόλου, λόγω της χάρης. Αυτό συμβαίνει πάντοτε όταν η κοπτική ακμή σχηματίζει κλειστή γραμμή. Αλλά, επειδή η χάρη είναι αρκετά μικρή ποσότητα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε είτε την κοπτική ακμή του εμβόλου είτε της μήτρας. Συνήθως χρησιμοποιούμε στην πράξη την περίμετρο του εμβόλου για διάτρηση οπών και την περίμετρο της μήτρας για την κοπή δίσκων, αφού αντίστοιχα χρησιμοποιούνται οι διαστάσεις του σχεδίου.

Διατμητική τάση 46 Η διατμητική τάση ενός μετάλλου είναι η αντίστασή του στην κοπή και εκφράζεται σε kp/mm2. Αυτή δείχνει την πίεση ή την τάση που πρέπει να αναπτυχθεί για να σπάσει το μέταλλο. Εάν έχουμε μεγάλη χάρη και στρογγυλοποιημένες κοπτικές ακμές, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.3, η διατμητική τάση θα μπορούσε να εξισωθεί με το όριο αντοχής του υλικού σε εφελκυσμό, γιατί σ αυτή την περίπτωση η θραύση του μετάλλου επέρχεται κάτω από εφελκυστικές τάσεις. Το όριο αντοχής σε εφελκυσμό ενός μετάλλου βρίσκεται από το διάγραμμα εφελκυσμού ενός δοκιμίου τυποποιημένων διαστάσεων, που εφελκύεται έως να σπάσει. Το μέγιστο φορτίου που υπάρχει στο διάγραμμα, διαιρούμενο με την αρχική εγκάρσια διατομή του δοκιμίου στο στενό μέρος του, είναι το όριο αντοχής σε εφελκυσμό.

Διατμητική τάση 47 Η κοπή, όμως, είναι πιο αποτελεσματική όταν χρησιμοποιούμε μικρή χάρη και οξείες κοπτικές ακμές. Τότε απαιτούνται μικρότερες δυνάμεις ανά τετραγωνικό χιλιοστό, αφού με οξείες κοπτικές ακμές έχουμε πιο συγκεντρωμένο φορτίο και έτσι αναπτύσσονται υψηλότερες τάσεις. Επίσης, με μικρότερη χάρη προκαλείται αξιόλογη σύνθλιψη και παραμόρφωση, γι αυτό το μέταλλο εκεί σκληραίνει. Η θραύση του μετάλλου δεν γίνεται από εφελκυστικές αλλά από διατμητικές τάσεις.

Διατμητική τάση 48 Στην πράξη, οι δυνάμεις κοπής μπορούν να μετρηθούν, αν χρησιμοποιήσουμε μηκυνσιόμετρο. Δοκιμές έχουν δείξει ότι με χάρη μικρότερη από το 50% του πάχους της λαμαρίνας και οξείες κοπτικές ακμές, το όριο αντοχής του μετάλλου σε διάτμηση είναι πολύ μικρότερο από το όριο αντοχής του σε εφελκυσμό. Γενικώς, το όριο αντοχής σε διάτμηση κυμαίνεται μεταξύ του 50% έως 80% του ορίου αντοχής σε εφελκυσμό. Για το αλουμίνιο και τα κράματά του βρίσκεται μεταξύ του 50% και 70%. Για χάλυβες μικρής περιεκτικότητες σε άνθρακα βρίσκεται μεταξύ του 70% και 80% του ορίου αντοχής σε εφελκυσμό. Για ασφάλεια, καλό είναι όλοι οι υπολογισμοί να γίνονται χρησιμοποιώντας το όριο αντοχής σε εφελκυσμό. Τα όρια αντοχής σε εφελκυσμό και διάτμηση για διάφορα υλικά φαίνονται στον Πίνακα 2.1.

49

Παράδειγμα: 50 Πρέπει να γίνει η κοπή ενός κυκλικού δίσκου από αλουμίνιο ψυχρής έλασης διαμέτρου 250 mm και πάχους 0.8 mm. Να υπολογιστεί η δύναμη κοπής. Λύση: Χρησιμοποιώντας την παραπάνω σχέση (2.1) και αντικαθιστώντας τα δεδομένα της εκφώνησης, έχουμε: F = S π D t, F = 14 3.14 250 0.8 F = 8792 kp F = 8.8 tons

51 Είναι απαραίτητο να λάβουμε κάποια μέτρα όταν θέλουμε να υπολογίσουμε τις δυνάμεις κοπής με αποκοπή λαμαρίνας (trimming) ή διάτρηση οπών (punching) σε κομμάτια, τα οποία προηγουμένως έχουν υποστεί διαμόρφωση ή κοίλανση. Αν χρησιμοποιήσουμε το όριο αντοχής σε διάτμηση της αρχικής ανοπτημένης λαμαρίνας, τότε δεν θα έχουμε τα σωστά αποτελέσματα, καθ όσον μετά από κάποια μηχανική διαμόρφωση ή κοίλανση το υλικό σκληραίνει και έτσι έχει αυξηθεί αρκετά το όριο αντοχής σε διάτμηση έως και 50% περισσότερο. Σ αυτές τις περιπτώσεις πρέπει να χρησιμοποιήσουμε το όριο αντοχής σε διάτμηση του σκληρημένου μετάλλου που προήλθε από κάποια προηγούμενη κατεργασία διαμόρφωσης ή κοίλανσης.

Έργο για κοπή με ορθογωνισμένα έμβολο μήτρα 52 Το έργο το οποίο απαιτείται για την κοπή της λαμαρίνας ισούται με την εφαρμοζόμενη δύναμη επί την απόσταση την οποία διανύει η δύναμη, δηλαδή: Έργο = Δύναμη Απόσταση Η δύναμη κοπής δεν ενεργεί σε όλο το πάχος της λαμαρίνας, αλλά κατά ένα ποσοστό του πάχους, που ονομάζεται διείσδυση, όπως φαίνεται στο σχήμα

Έργο για κοπή με ορθογωνισμένα έμβολο μήτρα 53 Πράγματι, μόλις συμπληρωθεί η κάμψη και η συμπίεση, η λαμαρίνα σπάει και συνεπώς η δύναμη παύει να ενεργεί. Τιμές της διείσδυσης σαν ένα ποσοστό του πάχους της λαμαρίνας δίνονται στον πίνακα 1.1. Άρα, ο τύπος για τον υπολογισμό του έργου στην κοπή λαμαρίνας είναι: Έργο = (Μέγιστη δύναμη) (% διείσδυση) (Πάχος λαμαρίνας) W = F p t

Παράδειγμα: 54 Για την κοπή κυκλικών δίσκων από αλουμίνιο πάχους 0.8 mm του προηγούμενου παραδείγματος υπολογίστε το απαιτούμενο έργο. Λύση: Με βάση τη σχέση (2.2), έχουμε: W = F p t W = 8800 0.6 0.0008 W = 4.22 kpm Έτσι, μπορούμε να υπολογίσουμε τη μηχανική πρέσα που χρειαζόμαστε για την απαιτούμενη ενέργεια για την πραγματοποίηση της κατεργασίας. Αν πρόκειται για υδραυλική πρέσα, η επιλογή του μεγέθους που χρειαζόμαστε γίνεται με βάση την απαιτούμενη δύναμη της ωστικής κεφαλής και όχι της απαιτούμενης ενέργειας.

Κοπή με έμβολο μήτρα υπό κλίση 55 Για να μειώσουμε τις δυνάμεις κοπής πολλές φορές δίνουμε μια κλίση στο πρόσωπο του εμβόλου ή της μήτρας. Έτσι έχουμε μικρότερη δύναμη αλλά μεγαλύτερη διαδρομή, αφού η κοπή γίνεται βαθμιαία. Άρα, όταν οι δυνάμεις που απαιτούνται για μια συγκεκριμένη κοπή υπερβαίνουν τη δυνατότητα της πρέσας, τότε η κλίση αυτή του εμβόλου ή της μήτρας ελαττώνουν τη δύναμη που χρειάζεται για την κοπή, ώστε να είμαστε μέσα στη δυναμικότητα της πρέσας. Η κλίση του προσώπου του εμβόλου ή της μήτρας μετριέται σαν η κάθετη ανύψωση ή ελάττωση της καμπτικής ακμής του εμβόλου ή της μήτρας και την ονομάζουμε πτώση. Στο σχήμα 2.1 υπάρχουν έμβολα μήτρες με απλή γωνία κλίσης, συνδυασμό γωνιών, κυρτά τόξα ή οποιοδήποτε άλλο περίγραμμα, το οποίο θα προκαλέσει προοδευτική κοπή.

56

Κοπή με έμβολο μήτρα υπό κλίση 57 Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η κλίση δημιουργεί ένα μηχανικό πλεονέκτημα, που είναι η μείωση της συνισταμένης δύναμης κοπής, αλλά με αντίστοιχη αύξηση της μετατόπισης, έτσι ώστε το συνολικό έργο κοπής να παραμένει σταθερό. Πρέπει, όμως, να τονιστεί ότι το μηχανικό αυτό πλεονέκτημα μπορεί να φανεί χρήσιμο μόνο στην περίπτωση υδραυλικής πρέσας, η οποία χαρακτηρίζεται από τη δύναμη που αναπτύσσεται. Στην περίπτωση μηχανικής πρέσας με σφόνδυλο, δεν υπάρχει μηχανικό πλεονέκτημα, αφού η πρέσα αυτή χαρακτηρίζεται από το έργο που μπορεί να δώσει ο σφόνδυλος για την πραγματοποίηση της κατεργασίας και δεν υπάρχει πλεονέκτημα όσον αφορά το έργο.

Κοπή με έμβολο μήτρα υπό κλίση 58 Ένα άλλο επακόλουθο της κλίσης είναι ότι η συνισταμένη δύναμη κοπής μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της κατεργασίας, τόσο ως προς το μέγεθος, όσο και ως προς τη θέση, με αποτέλεσμα να δημιουργείται πρόβλημα εξισορρόπησης του καλουπιού. Οι συνέπειες των καμπτικών ροπών, που αναπόφευκτα θα υπάρχουν, ελαττώνονται με τη χρησιμοποίηση μεγαλύτερου αριθμού στηλών οδήγησης (π.χ. τέσσερις αντί δύο), ώστε να αυξηθεί η στιβαρότητα του καλουπιού και με το σχεδιασμό του καλουπιού έτσι ώστε, όταν η δύναμη κοπής έχει τη μέγιστη τιμή της, να ενεργεί κατά τον άξονα της ωστικής κεφαλής της πρέσας. Από γραφικές παραστάσεις για την επίδραση της κλίσης στη δύναμη κοπής, έχουμε να αναφέρουμε τα παρακάτω:

Κοπή με έμβολο μήτρα υπό κλίση 59 Όταν έχουμε κλίση στο έμβολο και την πτώση ίση με το πάχος της λαμαρίνας (H = S) και διείσδυση ίση με το μισό του πάχους (p = S/2) (υπενθυμίζεται ότι η διείσδυση είναι το διάστημα εισόδου του εμβόλου στο υλικό, κατά το οποίο ενεργεί η δύναμη κοπής). Τότε η δύναμη κοπής μειώνεται κατά 50%

60

Κοπή με έμβολο μήτρα υπό κλίση 61 Για μικρότερη κλίση του εμβόλου είναι δυνατόν να μην υπάρχει πλεονέκτημα, όπως φαίνεται στο σχήμα 2.3. Εδώ η πτώση είναι το μισό του πάχους της λαμαρίνας (H = S/2) και το σχήμα δείχνει ότι, όταν το κατώτατο άκρο του εμβόλου έχει διανύσει διάστημα ίσο με τη διείσδυση, ολόκληρη η περιφέρεια του εμβόλου βρίσκεται σε εμπλοκή με το υλικό και, συνεπώς, η δύναμη κοπής στη θέση αυτή είναι όση θα ήταν, αν το έμβολο δεν είχε κλίση. Οι αναλύσεις αυτές δείχνουν ότι, όσο αυξάνει η κλίση, τόσο μειώνεται η δύναμη κοπής. Αν π.χ. η πτώση γίνεται ίση με το διπλάσιο του πάχους της λαμαρίνας (H = 2 S), τότε η μέγιστη τιμή της δύναμης κοπής περιορίζεται στο 1/3 εκείνης που θα είχαμε αν το έμβολο δεν είχε κλίση (Σχήμα 2.4). Ταυτόχρονα, όμως, η αύξηση της κλίσης αδυνατίζει την κόψη του εμβόλου και την εκθέτει σε κίνδυνο γρήγορης φθοράς. Για το λόγο αυτό η τιμή H = 2 S θεωρείται οριακή.

Κοπή με έμβολο μήτρα υπό κλίση 62 Στα παραπάνω παραδείγματα θεωρήθηκε ότι η κλίση έχει δοθεί στο έμβολο. Τα αποτελέσματα θα ήταν τα ίδια, αν η κλίση είχε δοθεί στη μήτρα. Εν τούτοις, η επιλογή της μιας ή της άλλης περίπτωσης δεν είναι αυθαίρετη. Πράγματι, το κομμάτι που αποκόπτεται φορμάρεται από το έμβολο και, όταν το έμβολο έχει κλίση, το κομμάτι αυτό βγαίνει παραμορφωμένο. Για το λόγο αυτό, η κλίση δίνεται στο έμβολο σε κατεργασίες διάτρησης, οπότε το παραμορφωμένο κομμάτι που αποκόπτεται απορρίπτεται. Αντίθετα, η μήτρα φορμάρει το σκελετό της λαμαρίνας και, συνεπώς, η κλίση δίνεται στη μήτρα σε κατεργασίες εκτομής, όταν δηλαδή το κομμάτι που αποκόπτεται είναι το προϊόν, ενώ ο παραμορφωμένος σκελετός απορρίπτεται.

63

64

Δύναμη εξόλκευσης εμβόλου 65 Όταν έχουμε διάτρηση οπών ή κατασκευή δίσκων, το παραμένον μέταλλο περισφίγγει το έμβολο και προσκολλάται επάνω του ελαφρώς. Έτσι, απαιτείται κάποιος μηχανικός τρόπος για την απομάκρυνση της λαμαρίνας από το έμβολο (Σχήματα 1.9, 2.5). Η προσκόλληση του μετάλλου στο έμβολο οφείλεται στην ελαστική αναπήδηση του μετάλλου και μερικές φορές και σε μια μικρή ψυχρή συγκόλληση που λαμβάνει μέρος. Αυτή η ψυχρή συγκόλληση του μετάλλου με το έμβολο προκαλεί ανώμαλες επιφάνειες στην ανοιχθείσα οπή. Σκληρότερα και παχύτερα μέταλλα απαιτούν μικρότερες δυνάμεις εξόλκευσης και, σε μερικές περιπτώσεις, καθόλου. Σε μαλακότερα μέταλλα αναπτύσσεται ψυχρή κόλληση ευκολότερα και οι δυνάμεις εξόλκευσης πρέπει να είναι μεγαλύτερες.

66

67

Δύναμη εξόλκευσης εμβόλου 68 Συνήθως, στο σχεδιασμό καλουπιών παίρνουμε μια δύναμη εξόλκευσης του εμβόλου περίπου 10% της δύναμης κοπής. Εάν η χάρη είναι μεγαλύτερη από το 15% του πάχους της λαμαρίνας, η δύναμη εξόλκευσης μπορεί να μειωθεί στο 5% της δύναμης κοπής. Στην πράξη, η δύναμη εξόλκευσης μετριέται, χρησιμοποιώντας ένα μηκυνσιόμετρο. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι με χάρη πάνω από 10% του πάχους της λαμαρίνας, η δύναμη εξόλκευσης είναι κάτω του 2% της δύναμης κοπής. Με μικρότερη χάρη, όπου αναπτύσσονται δευτερογενείς διατμήσεις, η δύναμη εξόλκευσης μπορεί να φθάσει το 30% της δύναμης κοπής. Με χάρη κάτω του 3% του πάχους της λαμαρίνας, το έμβολο κολλάει στη λαμαρίνα και μπορεί να βγει από τη συγκράτησή του.

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION! Any Questions?