Strihanie

3. STRIHANIE Strihanie je jedna z najčastejšie používaných operácií v strojárskej výrobe. Požíva sa pri príprave polotovarov na vystrihovanie hotových výstrižkov alebo ako pomocná operácia pri výrobe strojárskych výrobkov. Strihanie je taká technologická operácia, pri ktorej pôsobením vonkajších síl dochádza k postupnému alebo súčasnému oddeľovaniu častí materiálu v strižných nástrojoch pozdĺž krivky strihu. Medzi základné operácie strihania podľa STN 22 6001 patria: dierovanie, ostrihovanie,

vystrihovanie,

prestrihovanie,

nastrihovanie,

pristrihovanie,

presné

vystrihovanie, pretrhávanie a vysekávanie.

Obr. 3.1 Fázy strižného procesu a) pružná fáza, b) tvárna fáza, c) fáza porušenia

Strižný proces je možné rozdeliť na tri základné fázy – obr. 3.1: a) pružná fáza – na začiatku pôsobenia strižného nástroja na strihaný materiál vzniká v materiáli pružná deformácia do okamihu, keď napätie v mieste strihu dosiahne hodnotu medze klzu Re, táto fáza činí 5 – 10 % hrúbky strihaného materiálu, b) tvárna fáza – po prekročení medze klzu Re v mieste strihu sa napätie zvyšuje do medze pevnosti v šmyku, táto fáza činí 10 – 25 % hrúbky strihaného materiálu.

c) fáza porušenia – po prekročení napätia na medzi pevnosti v šmyku vznikajú v strihanom materiáli mikroskopické a neskôr makroskopické trhliny smerujúce po sklzových rovinách, spôsobujúce oddelenie častí materiálu [9]. Strihanie sa môže realizovať za studena alebo za tepla. Za studena sa strihajú mäkké materiály a plechy. Strihanie za tepla sa používa pri strihaní materiálov o vyššej pevnosti a väčších prierezov. Strihať môžeme: a) rovnobežnými nožmi - obr. 3.2, b) sklonenými nožmi – obr. 3.4, c) kruhovými nožmi – obr. 3.5, d) strihadlách – obr. 3.7. 3.1 Strihanie na nožniciach 3.1.1 Strihanie rovnobežnými nožmi Schéma strihania plechu na nožniciach s rovnobežnými nožmi je uvedená na obr. 3.2.

Obr. 3.2 Schéma strihania rovnobežnými nožmi 1 – pohyblivý nôž, 2 – strihaný materiál, 3 – pevný nôž b – šírka pásu plechu, a – hrúbka pásu plechu, z – strižná medzera Strižnú silu pri strihaní rovnobežnými nožmi vypočítame: FS = k1 .S .τ PS ,

[N]

(3.1)

kde k1 je koeficient zahrňujúci vplyv otupenia rezných hrán nožom, pohybuje sa v rozmedzí 1,15 až 1,55, S – plocha prierezu strihaného materiálu v strižnej rovine S = b.a0, τps – pevnosť materiálu v strihu v MPa. Pri bežných konštrukčných ocelí τps=(0,7-0,8)Rm.

Priebeh strižnej sily pri strihaní rovnobežnými nožmi je na obr. 3.3. Strižná sila rýchlo rastie a po dosiahnutí maxima t. j. medze pevnosti

materiálu

v strihu,

v tomto

okamihu

dochádza k vzniku trhlín a ich šíreniu sa po celej hrúbke materiálu, potom strižná sila prudko klesá. Z toho vyplýva, že ku oddeleniu materiálu v celom priereze dôjde skôr, než pohyblivý nôž prejde dráhu rovnú hrúbke strihaného materiálu. Dráha nástroja, ktorú vykoná do okamihu, kedy dôjde k oddeleniu materiálu po celej hrúbke, sa vypočíta: ε=χ.a0,

(3.2)

Obr. 3.3 Priebeh strižnej sily kde: χ- koeficient závislý na hrúbke a pevnosti strihaného materiálu. Pri takomto priebehu strižnej sily vznikajú rázy, ktoré nepriaznivo pôsobia ako na nástroj a použitý stroj. Prácu potrebnú na strihanie rovnobežnými nožmi vypočítame z plochy pod krivkou strižnej sily (obr. 3.3). Krivka v priebehu strižnej sily sa nahradí polelipsou s polosami Fs a ε/2. Strižná práca sa potom vypočíta ako plocha polelipsy:

A=

π .FS .ε

[J] 4 Po dosadení za FS z rovnice (3.1) a ε z rovnice (3.2) dostaneme: A=

π 4

.χ.a0.k1.b. τ ps

[J]

(3.3)

(3.4)

3.1.2 Strihanie sklonenými nožmi Princíp strihania a priebeh strižnej sily pri strihaní sklonenými nožmi je na obr. 3.4. Strižný proces sa začína v okamihu, keď sa sklonený nôž dotkne ľavého horného okraja plechu a pohybuje sa smerom dole. Strižná sila sa postupne zvyšuje, až dosiahne svojho maxima v okamihu, keď nôž prejde celou hrúbkou strihaného plechu a0. Ďalej je strižná sila konštantná až do okamihu, keď nôž dosiahne pravý horný okraj plechu, potom sa postupne znižuje. Teoretická hodnota strižnej sily pri strihaní sklonenými nožmi sa vypočíta zo vzťahu:

a 02 Fst = .τ ps , tgλ

[N]

(3.5)

kde a 0 je hrúbka strihaného materiálu,

λ - uhol sklonu nožov (u strojných nožníc 2° - 6°, u pákových nožníc 7° - 12°). Skutočnú strižnú silu vypočítame, ak teoretickú hodnotu strižnej sily vynásobíme koeficientom k2: Fs = k 2 .Fst , kde k 2 =

χ .π 4

[N]

(3.6)

.k1 ,

k1 = 1,15 – 1,35.

Obr. 3.4 Schéma strihania sklonenými nožmi Tab. 3.1 Hodnoty koeficienta χ Materiál do 1 mäkká oceľ 0,7-0,65 stredne tvrdá oceľ 0,6-0,55 tvrdá oceľ 0,42-0,45 Al, Cu 0,7-0,75

Hrúbka materiálu a0 [mm] 1-2 2-4 0,6-0,65 0,5-0,6 0,5-0,55 0,42-0,5 0,38-0,42 0,33-0,38 0,65-0,7 0,55-0,65

nad 4 0,35-0,45 0,4 0,2-0,3 0,5

Prácu pri strihaní so sklonenými nožmi vypočítame:

A = Fs .z = k 2 .a02 .b.τ ps ,

[J]

kde z je dráha skloneného noža počas strihu z = b.tgλ ,

(3.8)

b – dĺžka strihu (šírka strihaného materiálu). Výhody strihania so sklonenými nožmi v porovnaní so strihaním rovnobežnými nožmi vyplývajú z porovnania priebehov strižnej sily. Pri strihaní rovnakého plechu je pri strihaní rovnobežnými nožmi potrebná podstatne vyššia sila ako pri strihaní sklonenými nožmi. Pri strihaní sklonenými nožmi však dochádza k ohýbaniu odstrihovanej časti plechu, čo vplýva na veľkosť strižnej sily i na kvalitu odstrihnutého plechu. Ak uhol sklonu noža λ je malý, strihaný plech tenký a pružný, nedochádza k výraznejšej deformácii. Pri strihaní hrubých plechov z mäkkých materiálov a úzkych pásov vznikajú väčšie deformácie a tým sa zvyšuje prácnosť.

3.1.3 Strihanie kotúčovými nožmi Schéma strihania kotúčovými nožmi je na obr. 3.5. Strižnú silu pri strihaní kotúčovými nožmi vypočítame zo vzťahu: Fs = S .τ ps ,

[N]

(3.9)

kde S je plocha strihu.

Obr. 3.5 Schéma strihania kotúčovými nožmi Strižná sila potom bude:

(

2 0

) 4.atgα

S = 2.χ − χ 2 .

(3.10)

Strižná práca sa vypočíta: A = 2.Fs .L.tgα ,

[J]

(3.11)

kde L je dĺžka strihu. Usporiadanie kotúčových nožov môže mať niekoľko variant. Pre vystrihovanie výstrižkov s kruhovým obrysom, resp. zakriveným obrysom sa používajú kotúčové nože usporiadané tak, že ich osi sa pretínajú.

Fs

1 2 a 3 4 Obr. 3.6 Časti strižnej plochy 1 – zatlačenie horného noža, 2 – vlastná strižná plocha, 3 – plocha vlastná strižná plocha, 4 - zatlačenie spodného noža Strižná plocha sa skladá zo 4 pásiem obr. 3.6. Časť 1 až 4 je od zatlačenia nástrojov (nožov), časť 2 je vlastná strihová plocha a časť 3 je plocha, v ktorej došlo k odtrhnutiu materiálu [21]. Na kvalitu strižnej plochy vplývajú aj vlastnosti materiálu, strižná vôľa, rýchlosť strihania, geometria strižných nástrojov a pod. Presnosť strihania pri strihaní na nožniciach závisí na druhu nožníc, spôsobe strihu, hrúbke strihaného materiálu, resp. priereze profilu, zložitosti výstrižku, stave strižných hrán nástrojov atď. Bežná presnosť strihania na tabuľových nožniciach so sklonenými nožmi je uvedená v tab. 3.2. Tab. 3.2 Presnosť strihania na tabuľových nožniciach Hrúbka Šírka pásu b [mm] materiálu do 50 51-100 101-200 201-300 a0 [mm] Presnosť strihania [mm] do 0,5 0,25 0,5 0,75 1,0 0,5-1 0,5 0,75 1,0 1,0 1,1-2 0,75 0,75 1,0 1,25 2,1-3 1,0 1,0 1,25 1,5 3,1-5 1,0 1,25 1,5 1,5 5,1-7 1,25 1,5 1,8 2,0 7,1-10 1,5 1,8 2,2 2,2

301-500

nad 500

1,2 1,2 1,5 1,8 2,0 2,2 2,5

1,5 1,5 2,0 2,2 2,5 2,5 3,0

Drsnosť strižnej plochy pri strihaní na nožniciach je cca 12,5 µm. Presnosť strihania na vibračných a profilových nožniciach sa pohybuje v rozmedzí 14 – 16 tr. presnosti a drsnosť povrchu cca 100 µm. 3.2 Strihanie v strihadlách

Je jedným z najrozšírenejších spôsobov výroby výstrižkov najmä z plechu. Základnými operáciami pri strihaní v strihadlách sú dierovanie a vystrihovanie. Schéma strihania v strihadle je na obr. 3.7. Postup strižného procesu pri vystrihovaní a dierovaní je podobný ako

pri

strihaní

na

nožniciach

s rovnobežnými nožmi: pás plechu (3) je uložený na strižnici (2), pri postupe strižníka (1) smerom dole vyvoláva v strižnej

oblasti

napätie

najprv

v oblasti pružnej, potom v oblasti plastickej deformácie a po prekročení pevnosti

materiálu

v strihu

dôjde

k vystrihnutiu výstrižku (4). Výstrižok je potom pretlačený cez odľahčenú Obr. 3.7 Schéma strihania v strihadle

časť strižnice. Odpad je zotretý zo strižníka pri jeho spätnom pohybe.

Kvalita strižnej plochy závisí od napätovo-deformačného stavu v oblasti strihu, vlastnostiach materiálu, kvalite strižných hrán, strižnej medzere a druhu nástroja. Pre porovnanie je vplyv zmeny stavu napätosti na kvalitu strižnej plochy uvedený na obr. 3.8 (a – bežné strihanie, b – presné strihanie). Pre hodnotenie kvality strižnej plochy sa používajú nasledujúce ukazovatele: a) zaoblenie strižnej plochy SA b) hĺbka nerovnosti v strihu tA c) výška ostrapu h. Strižná plocha sa skladá zo 4 pásiem: I – pásmo otlačenia strižníka cca 0,06.a0 II – pásmo plastického strihu cca 0,1.a0 III – pásmo šmyku cca 0,8.a0 IV – pásmo odtlačenia od strižnice cca 0,04.a0 [23].

Obr. 3. 8 Schéma napätosti pri strihaní a) klasické strihanie, b) presné strihanie Výška zaoblenia strižnej hrany na strane strižníka sa so zväčšovaním strižnej medzery zväčšuje. Hĺbka nerovnosti strihu je závislá predovšetkým na strižnej medzere. Zmenšuje sa so zmenšovaním strižnej medzery. Výška Ostravu je závislá od opotrebenia nástroja a druhu materiálu. Veľkosť Ostravu sa zväčšuje s počtom vystrihovaných výstrižkov. Opotrebovaním strižných hrán sa kvalita strižnej plochy zhoršuje a strižná sila rastie (r – zaoblenie strižných hrán, r/a0 = 0,1 – horná hranica opotrebenia). Medzi strižníkom a otvorom strižnice je určitá strižná vôľa. Strižná vôľa má vplyv na kvalitu strižnej plochy, presnosť rozmerov výstrižku a na hodnotu strižnej sily. Strižná vôľa medzi strižníkom a strižnicou má byť rovnomerná. Vplyv strižnej vôle na kvalitu strižnej plochy je znázornený na obr. 3.1. Pri správnej strižnej vôle (obr. 3.1a) sa trhliny od strižníka a strižnice spoja v procese strihania, v takom prípade kvalita strižnej plochy je najlepšia a životnosť strižného nástroja je najvyššia. Ak je strižná vôľa malá (obr. 3.1b) alebo príliš veľká, kvalita strižnej plochy sa zhoršuje. Pri veľkej strižnej vôli dochádza k pretrhnutiu výstrižku.

3.2.1 Technologické parametre

Pri návrhu technologického postupu je potrebné mať na zreteli možnosti technológie, pretože nevhodne zvolený tvar alebo geometria výstrižku veľkou mierou ovplyvňujú výrobné náklady. Pri návrhu technologického postupu výroby výstrižku je potrebné: a) posúdiť možnosti danej technológie – technologičnosť (spotrebu materiálu, kvalitu strižnej plochy, presnosť, tvar a rozmery výstrižku), b) navrhnúť konštrukčno-technologické parametre strihania (strižnú silu, strižnú vôľu, rozmery činných častí nástroja, ťažisko pôsobiacich síl). c) navrhnúť potrebný tvárniaci nástroj a stroj. 3.2.1.1 Technologičnosť konštrukcie tvaru výstrižkov

Priebeh a veľkosť jednotlivých fáz strihu obr. 3.1 závisí od vlastností materiálu, strižnej medzery a podmienok strihania. Odstránenie týchto nedokonalostí strižnej plochy si vyžaduje buď ďalšie operácie pristrihovania, alebo presné strihanie. Z tohto dôvodu, ak nie je to nevyhnutné na výstrižkoch nepredpisujeme rovinnosť, kolmosť a drsnosť strižnej plochy, pretože by bol potrebný zložitejší a drahší nástroj. Pri návrhu konštrukcie výstrižku je potrebné dodržať nasledujúce zásady (obr. 3.9): a)

najmenšia veľkosť otvoru, ktorý možno vystrihnúť v bežnom nástroji závisí od druhu materiálu a jeho hrúbky – tab. 3.3,

Tab. 3.3 Najmenšie rozmery otvorov výstrižkov b)

vzdialenosť medzi otvormi alebo okrajom a otvormi výstrižku u materiálov tvrdých (Rm ≧500 MPa) by mala byť: a ≧0,8a0, b1≧a0,c≧a0,h≧a0,u materiálov s Rm≦500 MPa je možné tieto hodnoty zmenšiť cca o 15 – 25 % (obr. 3.9),

c)

polomer zaoblenia rohov má byť tým väčší, čím je roh ostrejší. Uhly vyčnievajúcich hrotov pri strihaní plechov s Rm ≧600 MPa - α ≧90, Rm ≧300 MPa - α ≧60, Rm ≦300 MPa - α≧45 (obr. 3.9).

Presnosť výstrižku a kvalita strižnej

plochy

závisí

od

konštrukcii nástroja, presnosti, geometrii strižných hrán, veľkosti a rovnomernosti hrúbke

strižnej

a druhu

vôle,

strihaného

materiálu. U stredne

veľkých

súčiastok do rozmeru cca 200 mm a hrúbky plechu do 4 mm možno dosiahnuť presnosť IT 12 Obr. 3.9 Tvary výstrižkov

–

14.

V strižných

nástrojoch

s vodiacimi

stĺpikmi

a s pridržiavačom možno dosiahnuť IT 9 – 11. Drsnosť povrchu u strižnej plochy pri vystrihovaní cca 3,2 – 6,3 µm a pri dierovaní cca 2,5 – 6,3 µm. Ak z funkčného hľadiska nie je nutné, nepredpisujeme nižšie tolerancie a drsnosti strižných plôch, ako je možné dosiahnuť v bežnej lisovni. Pri väčších sériách činí podiel nákladov na materiál až 80% celkových nákladov na výrobu výlisku. Preto je potrebné pri návrhu technológie výroby venovať veľkú pozornosť usporiadaniu výstrižkov na páse, pretože v niektorých prípadoch aj malé zmeny obrysu výstrižku umožnia znížiť spotrebu materiálu a náklady na výrobu výstrižku obr. 3.10.

Obr. 3.10 Nástrihové plány

3.2.1.2 Nástrihový plán

Pod nástrihovým plánom rozumieme rozmiestnenie výstrižkov na tabuľu plechu alebo páse tak, aby odpad bol minimálny. Hospodárne využitie plechu je možno zaistiť: a) správnym riešením nástrihových plánov, b) vhodným tvarovaním výstrižkov, konštrukčnou zmenou výstrižku sa zvýši využitie materiálu pri rovnakých fyzikálnych a pevnostných vlastnostiach výstrižku, c) voľbou takých konštrukčných tvarov, ktoré sa po vystrihnutí dodatočne upravia (napr. ohýbaním, zváraním z dvoch častí a pod.), d) vhodnou voľbou strižného nástroja. Tab. 3.4 Usporiadanie výstrižkov

Nástrihové plány môžu byť tab. 3.4:

a) s odpadom, b) bez odpadu. Odpad pri strihaní možno rozdeliť na technologický a konštrukčný. Konštrukčný odpad je taký, ktorý je daný funkciou súčiastky a nie je možné ho možné ovplyvniť rozmiestnením súčiastky na východiskovom materiáli. Technologický odpad je odpad, ktorý vzniká rozmiestnením súčiastky na východiskovom materiáli a je možné ho ovplyvniť vhodnou voľbou nástrihového plánu. Nástrihové plány s odpadom (prepážkami) sa používajú pre tvarovo zložitejšie výstrižky. Účelom prepážky je vyrovnať malé nepresnosti pri podávaní a pridržiavaní materiálu v nástroji, zaistiť určitú minimálnu pevnosť a tuhosť potrebnú pri podávaní pásu. Rozmery prepážok medzi výstrižkami s ohľadom na hrúbku a pevnosť materiálu, rozmer a tvar výstrižkov, typ nástrihu a spôsob podávania pásu sú uvedené v STN 22 60 32. U tvarových výstrižkov je možné použiť nástrihový plán: -

priamy,

-

šikmý,

-

protiľahlý,

-

jednoradový,

-

viacradový,

-

s vystrihnutím prepážky do odpadu.

Minimálna šírka pásu pri použití nástrihu s prepážkou pre jednoradové usporiadanie kruhových výstrižkov sa vypočíta (obr. 3.11):

Obr. 3.11 Jednoradový nástrihový plán

Obr. 3.12 Trojradový nástrihový plán B = D + 2. f ,

[mm]

(3.12)

pre trojradové usporiadanie obr. 3.12 B = D + 2.h + 2. f ,

[mm]

(3.13)

kde D je menovitý rozmer výstrižku. Využitie východiskového materiálu sa posudzuje na základe súčiniteľa využitia materiálu

H=

N .S1 .100 , S

[%]

(3.14)

kde N je počet kusov z plochy S, S1 – plocha súčiastky bez konštrukčného odpadu, S – plocha východiskového polotovaru. 3.2.1.3 Strižná sila

Priebeh strižnej sily v závislosti na dráhe je znázornený na obr. 3.3. Strižná sila po dosadnutí strižníka na materiál veľmi rýchlo rastie, keď sa pri strižných hranách strižníka a strižnice objavia prvé trhliny, sila dosiahne maximum. Ďalej je strižný proces doprevádzaný poklesom strižnej sily. Teoretická hodnota strižnej sily sa vypočíta: Fst = l s .a 0 .τ ps ,

[N]

kde ls je dĺžka čiary strihu [mm], a0 – hrúbka plechu [mm],

τ ps – pevnosť materiálu v strihu [MPa]. Skutočná strižná sila sa vypočíta:

(3.15)

Fs = n.Fst ,

[N]

(3.16) kde n je súčiniteľ zahrňujúci vplyv otupenia strižných hrán (n = 1,15 – 1,55). Skutočná hodnota strižnej sily závisí od hodnôt mechanických vlastností, konštrukcie nástroja, strižnej medzery, opotrebenia nástroja a pod. Pri strihaní s odpadom v dôsledku pružnej deformácie ostane pás na strižníku, na zotretie pásu je potrebná určitá stieracia sila, ktorej hodnota sa vypočíta: Fu = k u .Fs

[N]

(3.17)

Obr. 3.13 Spôsoby odstraňovania odpadu a) vyhadzovačom, b,c) prepadom Podobne na vytlačenie výstrižku zo strižnice je potrebné vynaložiť určitú silu (pretláčaciu silu Fv) Fv = k v .Fs .n1 ,

[N]

(3.18) kde n1 je počet pretláčaných výstrižkov n =

h a0

(obr. 3.14),

ku, kv – pre oceľ ku = 0,1 – 0,13, kv = 0,04.

Strižná práca A sa vypočíta: A = K .Fs .a 0 .

π 4

,

[J]

(3.19)

kde K je súčiniteľ závislý na druhu a hrúbke materiálu, volí sa v rozmedzí 0,2 – 0,4 (0,2 pre oceľ vyššej pevnosti a 0,4 pre nízkouhlíkovú oceľ). 3.2.2 Strižné nástroje

Strižné nástroje možné rozdeliť podľa: a) počtu operácií tej istej základnej práce a počtu krokov podania, b) počtu operácií rôznych základných prác a počtu krokov podania, c) počtu zhotovených výliskov na jeden zdvih. Strižné nástroje podľa počtu operácií tej istej základnej práce a počtu korkov podania sa delia na: -

jednoduché: prevádza sa len jedna operácia určitej základnej práce napr. vystrihovanie (obr. 3.15),

-

zlúčené: na jeden zdvih lisu sa prevádza niekoľko operácií tej istej základnej práce napr. vystrihovanie a súčasne dierovanie (obr. 3.16),

Obr. 3.14 Principiálna schéma strihania v jednoduchom nástroji

Obr. 3.16 Principiálna schéma strihania v postupovom nástroji

Obr. 3.15 Principiálna schéma strihania v zlúčenom nástroji

Obr. 3.17 Principiálna schéma strihania v združenom nástroji

-

postupové: na niekoľko krokov podania a niekoľko zdvihov lisu sa prevádza niekoľko operácií tej istej základnej práce napr. vystrihovanie a dierovanie (obr. 3.16). 7

7

1 2

1 2

3 4

3 4 5 6

5 6

Obr. 3.18 Jednoduchý strižný nástroj bez vedenia 1- horná upínacia doska, 2- dolná upínacia doska, 3- strižník, 4- pevný stierač, 5strižnica, 6- základová doska. 7- stopka

Obr. 3.19 Strižný nástroj s vodiacou doskou 1- horná upínacia doska, 2- dolná upínacia doska, 3- strižník, 4- vodiaca doska, 5- strižnica, 6- základová doska. 7- stopka

1

2 3 4 5 6

Obr. 3.20 Strižný nástroj s vodiacimi stĺpikmi 1- vodiaci stojanček, 2- vodiaci stĺpik, 3- strižník, 4-stieracia doska, 5- strižnica, 6 základová doska

Obr. 3.21 Zlúčený strižný nástroj

Strižné nástroje podľa počtu operácií rôznych

základných

prác

a počtu

krokov

podania sa delia na: - združené: do jedného zdvihu lisu (kroku podania) sa združuje niekoľko operácií rôznych základných prác napr. ohýbanie a vystrihovanie (obr. 3.17), združené

postupové:

prevádzajú

niekoľko operácií rôznych základných prác postupne na niekoľko krokov podania napr. ťahanie, dierovanie, preťahovanie a vystrihovanie. Konštrukcia

jednoduchého

strižného

nástroja bez vedenia je na obr. 3.19. Činné časti takého Obr. 3.22 Postupový strižný nástroj

nástroja

sú

oproti

sebe

vedené

šmýkadlom lisu. To vyžaduje voľbu väčšej

strižnej vôle. Podávanie a vymedzenie polohy pásu v nástroji je ručné. Používa sa v malosériovej výrobe otvorov resp. výstrižkov, na ktoré nie sú kladené väčšie kvalitatívne požiadavky. Konštrukcia strižného nástroja s vedením strižníka vodiacou doskou je na obr. 3.20. Strižník je v tomto nástroji vedený vodiacou doskou, čím sa zabezpečuje presnejšie vymedzenie strižnej vôle. Spodná časť nástroja, t. j. základová doska, strižnica, vodiace lišty a vodiaca doska sa nazýva strižná skriňa. Horná časť nástroja, t. j. strižník, spodná upínacia doska, horná upínacia doska a upínacia stopka, sa nazýva strižná hlavica. Životnosť takéhoto nástroja a presnosť výstrižkov je vyššia ako u nástroja bez vedenia. Zvyšuje sa produktivita práce i bezpečnosť obsluhy. Takéto konštrukcie nástrojov sa používajú pre výrobu menších a tvarovo jednoduchých výstrižkov [23]. Konštrukcia strižného nástroja s vodiacimi stĺpikmi je na obr. 3.21. Vodiace stĺpiky zaisťujú vyššiu presnosť vedenia činných časti nástroja a tým zvyšujú kvalitu výstrižku i životnosť nástroja. Používajú sa vo veľkosériovej a hromadnej výrobe pri vystrihovaní zložitejších tvarov s vyššími požiadavkami na kvalitu. Konštrukcia postupového strižného nástroja je uvedená na obr. 3.22 a zlúčeného na obr. 3.23. Strižné nástroje podľa počtu zhotovených výliskov na jeden zdvih lisu sa delia na:

-

jednonásobné: pri poslednom zdvihu lisu u jednoduchých nástrojoch je vyrobený jeden výlisok,

-

viacnásobné: pri poslednom zdvihu lisu je vyrobených viac výliskov. Podľa toho sú nástroje dvojnásobné, trojnásobné atď.

Obr.3.23 Združený postupový nástroj

Obr. 3.24 Nástrihový plán

Obr. 3.25 Výlisok

Nástroje pre plošné tvárnenie je možné deliť aj podľa ďalších kritérií, ktoré vystihujú podrobnejšie konštrukčné prevedenie nástroja (spôsobu podávania pásu, spôsobu odvádzania odpadu alebo výliskov, spôsobu stredenia pásu). Podľa spôsobu podávania pásu do nástroja sa nástroje rozdeľujú na: -

nástroje s ručným podávaním,

-

nástroje s automatickým podávaním.

3. 3 PRESNÉ STRIHANIE

Presnosť rozmerov výstrižkov, príp. otvorov, ako aj kvalita strižnej plochy pri bežnom strihaní často nevyhovuje požiadavkám výroby výstrižkov na hotovo. Z toho dôvodu sa pre výrobu výstrižkov s užšou toleranciou rozmerov a kvalitnejšou strižnou plochou používajú technológie presného strihania. Výrobu presných výstrižkov je možné realizovať: a) pristrihovaním výstrižkov alebo otvorov vyrobených bežným strihaním •

pristrihovaním v nástroji s kladnou strižnou vôľou

•

pristrihovaním v nástroji so zápornou strižnou vôľou

b) presným strihaním na jednu operáciu •

presným strihaní v nástroji s tlačnou hranou

•

presným strihaním v nástroji so zaoblenými strižnými hranami

•

reverzným strihaním 3.3.1 Presné strihanie v nástroji s tlačnou hranou

Presné strihanie je technológia, ktorou je možné dosiahnuť kvalitnú strižnú plochu, kolmosť strižnej vzhľadom k rovine plechu a presnosť rozmerov po celej hrúbke strihaného

Obr. 3.26 Schéma nástroja pre presné strihanie s tlačnou hranou

Obr. 3.27 Fázy strižného procesu a) východiskový stav, b) zatlačenie tlačnej hrany a zovretie materiálu medzi strižníkom a vyhadzovačom, c) fáza strihania, d) vyhodenie výstrižku zo strižnice, e) konečný stav materiálu. Presné strihanie si vyžaduje špeciálnu konštrukciu strižného nástroja (obr. 3.26). Pri strihaní plechov do hrúbky cca 5 mm sa tlačná hrana umiestňuje len z jednej strany (zo strany pridržiavača alebo strižnice). Pri strihaní hrubších plechov ako 5 mm sa tlačná hrana

umiestňuje zo strany pridržiavača aj zo strany strižnice. Vzdialenosť aR tlačnej hrany od strižnej plochy sa odporúča voliť (0,6 ÷ 1,2).a 0 a výška tlačnej hrany h = (0,17 ÷ 0,33).a0 . Pri tomto spôsobe sa pred strihaním zatláča tlačná hrana do plechu vo vzdialenosti aR od strižnej čiary, aby v mieste strihu sa dosiahol všestranný tlak (obr.3.8b).Tým sa odstraňuje príčina zaobľovania strižnej plochy a šírenia sa trhlín v rovine strihu (predlžuje sa oblasť plastického strihu). Pri vystrihovaní je výstrižok strižníkom pritláčaný na vyhadzovač, ktorý slúži tiež ako spodný pridržiavač. Tým sa dosiahne rovinnosť výstrižkov. Po vykonaní strižnej operácie sa strižník vráti do východiskovej polohy. Pás plechu sa zo strižníka stiera pridržiavačom. Pre presné strihanie sú potrebné trojčinné lisy. Kvalita strižnej plochy závisí od geometrie nástroja ( strižnej vôli, tvaru tlačnej hrany, jej vzdialenosti od strižnej plochy, zaoblenia strižných hrán), pridržiavacej a vyhadzovacej sily. 3.3.3.1 Technologické parametre 3.3.3.2 Materiály vhodné pre presné strihanie

Pre presné strihanie sa používajú oceľové plechy s dobrou tvárniteľnosťou za studena a s čo najnižšou hodnotou medze klzu. Pre racionalizáciu výrobu súčiastok a hospodárne využitie nástrojov sú vhodné nízkouhlíkové a nízkolegované ocele s pevnosťou Rm≦600 MPa s malým obsahom fosforu, síry, dusíka a podobne. Ocele s vysokým obsahom chrómu, mangánu a kremíka sú pre presné strihanie nevhodné. Pre presné strihanie sú vhodné nasledujúce druhy ocelí: 11 300.20, 11 320.21, 11 330.30, 11 343.20, 11 373.20, 11 423.21, 11 700.20, 12 010.1, 12 014.1, 12 020.1, 12 023.1, 12 024.1, 12 040.1, 12 050.1, 12 060.1, 12 061.1, 13 180.0, 14 109.3, 14 180.0, 14 220.0, 14 260.3, 16 221.0, 17 242, 17 024, 19 192, 19 312.3, 19 452.3 [26]. Ďalej pre presné strihanie sú vhodné neželezné kovy (meď a mäkké bronzy, mosadz s obsahom medi nad 63%, hliník a jeho zliatiny do pevnosti 300 MPa). 3.3.3.3 Technologičnosť výstrižkov

Z hľadiska konštrukcie tvaru výstrižku zhotoveného presným strihaním je potrebné rešpektovať výrobné obmedzenia tejto technológie, ak má byť výroba ekonomická (aby neboli potrebné ďalšie dokončovacie operácie). Poznatky o výrobe výliskov presným strihaním sú u nás obmedzené, väčšinou sa riadime zásadami doporučovanými zahraničnými firmami. Smernice pre posúdenie technologičnosti tvaru výlisku sú spracované v tvare nomogramov [26]. Nomogramy uvedené v [26] pre stanovenie minimálnych prípustných hodnôt tvaru výstrižku (mini-

málneho priemeru otvoru, minimálnej šírky drážky, minimálneho modulu ozubenia a šírky zuba na rozstupovej kružnici, minimálnej vzdialenosti medzi otvormi a drážkami, minimálny uhol zárezu, resp. polomer zaoblenia rohu) boli pomocou metód matematickej štatistiky popísané [27] nasledovne (obr. 3.9): -

minimálny priemer strižníka d ≥ 2.10 −3.Rm.a 0 ,

-

(3.20)

minimálna šírka strižníka

b = b1 +

50.K , 10

b1 ≥ 2,056.10 −3.Rm 0 ,907 .a 0 ,

(3.21)

K = 0,25 pre l/b = 10, K = 0,15 pre l/b = 20, K = 0,08 pre l/b = 50, kde l je dĺžka tvarového strižníka, b – šírka tvarového strižníka,

-

minimálny modul ozubenia

m ≥ 2,33.10 −3.Rm 0,862 .a 0 ,

-

(3.22)

minimálna šírka zuba na rozstupovej kružnici, t ≥ 2,312.10 −3.Rm 0,905 .a 0 ,

-

(3.23)

minimálna vzdialenosť medzi otvormi a drážkami

W1 ≥ 0,85.W2 ,

(3.24)

W2 ≥ 1,576.10 −3.Rm 0,949 .a 0 ,

-

minimálny uhol zárezu pre oceľ s Rm = 400 MPa ⎡⎛

5,718 ⎞

⎤

⎟⎟.a 0 + (9,704 − 1,21.R1 )2 − 68⎥ , δ ≥ ⎢⎜⎜ 8,63 + R1 ⎠ ⎦ ⎣⎝

(3.25)

R ≥ R1 + R x ,

(3.26)

R2 ≥ 0,6.R ,

(3.27)

R x = k .R1 ,

(3.28)

⎛ Rm ⎞ − 1⎟ , k =⎜ ⎝ 400 ⎠

(3.29)

kde R je výsledný vonkajší polomer,

R1 – vonkajší polomer pre Rm = 400 MPa, Rx – výsledný vnútorný polomer, k – opravný súčiniteľ.

Neodporučuje sa voliť menšie hodnoty charakteristík tvaru ako vypočítané podľa vyššie uvedených vzťahov, pretože by sa nedosiahla požadované kvalita tvarov a boli by potrebné ďalšie operácie, čím by sa zvýšili náklady na výrobu. Rozmerová presnosť a kvalita strižnej plochy v značnej miere závisí na mechanických vlastnostiach, tvare obrysu a podmienkach strihania (stav strižných hrán, tlak pridržiavača a vyhadzovača, strižná vôľa a pod.). Dobrá kvalita strižnej plochy sa dosiahne, ak: -

tlak pridržiavača p2 je väčší ako 1,2 τps

-

tlak vyhadzovača p3 je väčší ako (0,1 – 0,2) τps

-

strižná medzera m s ≥ 0,2.10 −2.a 0

-

zaoblenie strižných hrán rm ≤ (0,1 − 0,2).a0 3.3.3.4 Strižná sila a práca

Pri presnom strihaní s tlačnou hranou pôsobia tri sily: -

strižná sila k oddeleniu materiálu Fs,

-

strižná sila k zatlačeniu tlačnej hrany do materiálu a jeho zovretiu okolo čiary strihu medzi pridržiavačom a strižnicou Fp,

-

sila vyhadzovača zovretiu materiálu medzi strižníkom a vyhadzovačom Fv.

Strižná sila Fs = 1,55.l s .a 0 .τ ps , [N]

(3.30)

Sila pridržiavača F p = 4.Rm.l n .h ,

[N]

(3.31)

[N]

(3.32)

Sila vyhadzovača Fv ≅

1 Fs , 3

kde S je plocha vystrihovanej súčiastky, p3 – tlak vyhadzovača, ln – dĺžka tlačnej hrany, h – výška tlačnej hrany.

Celková sila Fc = Fs + Fp + Fv .

Celková vynaložená práca

(3.33)

A = As + Ap + Av,,

[J]

(3.34)

kde As je strižná práca [J], Ap – práca pridržiavača [J], Av – práca vyhadzovača [J].

Prácu pridržiavača je možné vypočítať nasledovne: Ap =

F p .h

2.10 3

.

[J]

(3.35)

[J]

(3.36)

Prácu vyhadzovača

Av =

Fv .a 0 . 10 3

Celková práca pri presnom strihaní je približne 2,6-krát väčšia ako pri bežnom strihaní rovnobežnými nožmi.