Обрезка книжного блока на одноножевой бумагорезальной машине

(ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 8)

 

Продолжительность работы - 4 часа.

8.1. Цель работы

Получение практических навыков работы на бумагорезальной машине POLAR-66.

8.2.  Содержание работы

Изучение работы на бумагорезальной машине POLAR-66. Обрезка книжного блока на бумагорезальной машине.

8.3.  Теоретическая часть

Основной функцией резальных машин является резание стопы листовых материалов плоским клинообразным ножом. Поэтому важно знать сущность явлений в зоне контакта ножа со стопой и характер возникающих при этом технологических усилий, чтобы эффективно использовать эксплуатационные возможности машины для получения качественной продукции.

Стопа листов 1 перед разрезкой сжимается балкой прижима 2 (Рис. 8.1, а). Нож 3, заостренный под углом, движется вертикально вниз и создает давление примерно по линии АА, которая проходит через центр закругления кромки лезвия С. Под действием движущей силы под ножом возникает местное сжатие листов.

Поскольку удельное давление ножа по линии его перемещения значительно превышает удельное усилие, которое создает балка прижима, первые три листа под ножом прогибаются, частично отходя от балки прижима. В месте контакта кромки ножа со следующим листом (в данном случае с четвертым) возникают большие контактные напряжения, которые вызывают разрыв бумаги примерно по линии АА.

В связи с тем, что бумага состоит из волокон и связующего вещества, этот разрыв произойдет не по волокнам, а по связующему, поскольку его прочность меньше прочности волокон, то есть разрыв не будет ровным и гладким. Это явление, называемое «опережающей трещиной», распространяется только на толщину того листа, в который внедрилась кромка ножа. Сила сопротивления стопы проникновению лезвия ножа Р_В направлена по линии ее условного перемещения АА вверх.

 

Одновременно с разрезкой очередного листа нож скошенной гранью по линии ВВ действует на кромки ранее разрезанных листов, частично деформируя их. Возникают силы сопротивления Т\, Т₂, Т₃, перпендикулярные скошенной грани ножа, которые вызывают силы трения N₁, N₂, N₃.

Поскольку угол заточки ножа небольшой, то горизонтальные составляющие реакции ножа на них больше вертикальных составляющих, что вызывает отодвигание листов вправо. При опускании ножа закругленная часть его лезвия вдавливает края листов, а дальнейший контакт с плоскостью ножа сошлифовывает неровности, которые возникают вследствие «опережающей трещины», придавая кромкам листов относительную гладкость.

После разрезки прогнутые части листов из-за упругих свойств бумаги стремятся выпрямиться. Поскольку длина изогнутой части стопы больше аналогичного горизонтального отрезка, кромки изогнутых листов создают давление Si, S₂, S₃ на тыльную поверхность ножа. При этом в зоне контакта возникают силы трения F₁, F₂, F₃, которые вызывают дополнительное сопротивление перемещению ножа вниз.

Заменим элементарные Т1, Т₂, Т₃, N1, N₂, N₃ и другие упомянутые выше силы соответствующими равнодействующими Т, N, S, и F. Следует отметить, что точно охарактеризовать величины и направление действия перечисленных сил невозможно из-за влияния большого количества изменяющихся факторов. Поскольку угол заточки ножа небольшой (19-24°), можно предположить с определенной долей приближения, что силы трения F и N по направлению совпадают с силой сопротивления Р_В и входят в ее состав. Тогда в сечении, перпендикулярном плоскости резания получаем окончательную картину действия трех основных сил на нож (Рис. 8.1, б): вертикальной Р_В, лобовой Т и тыльной S.

Вертикальная сила Р_В, является наибольшей, поскольку она определяет основное сопротивление вертикальному перемещению ножа.

Лобовая сила Т изменяется в значительных пределах, поскольку зависит от сил трения между листами разрезанной части стопы. Она относительно небольшая в случаях незначительной ширины отрезаемой части (например, резка этикеток при высокой гладкости бумаги в стопе) или отсутствует (подрезка боковых кромок в стопе).

В экстремальных случаях (высокая стопа, плотные виды бумаги или материал с шероховатой поверхностью и т.п.) лобовая сила существенная и, действуя на скошенную грань ножа, может отклонить его в сторону балки прижима. Поэтому резальные машины имеют на вертикальной поверхности балки прижима, обращенной к ножу, специальные накладки из текстолита, которые создают опору для ножа, благодаря чему он движется ровно и не трется лезвием о нижний край балки прижима.

Тыльная сила S проявляет себя только при затуплении ножа. Однако это сила сравнима с силой Т, поэтому траектория движения кромки ножа при резке не всегда совпадает с плоскостью резания, а при определенных условиях (например, при затупленном ноже) имеет тенденцию к искривлению со смещением в сторону разрезанной части стопы. При рассмотрении взаимодействия всех элементов, участвующих в резке, необходимо учитывать характер распределения давления балки прижима на стопу.

Ширина зоны давления на верхние листы равна ширине контактной поверхности балки прижима АВ (Рис. 8.2, а). Зона давления нижележащих листов шире (A₁B₁), достигая у стола машины максимальной ширины. Лезвие ножа при резке движется по границе раздела между спрессованной и свободной частью стопы. При этом спрессованная часть стопы создает повышенное сопротивление кромке ножа, и он стремится переместиться в сторону меньшего сопротивления, т.е. за пределы зоны спрессованности, в сторону отодвигаемой части стопы. В результате на тыльную часть ножа действуют как давление прогнувшихся листов, так и сопротивление спрессованной части стопы.

Вследствие износа лезвие ножа приобретает форму двухстороннего клина с расположением режущей кромки примерно на гипотенузе угла заточки (Рис. 8.2, б); при этом лезвие ножа смещается вправо на величину S относительно первоначального положения. Со стороны тыльной части появляется узкая скошенная фаска, которая тоже способствовует смещению ножа в сторону от прижима. Возможны варианты соотношения сил Т и S. При большей силе Т нож стремится сместиться в сторону балки прижима. В этом случае нижние листы короче верхних, т.е. возникает так называемый нижний подрез. В случае преобладания силы S кромка ножа отклоняется от балки прижима; при этом верхние листы будут короче нижних, т.е. возникает верхний подрез. Оба этих явления хорошо известны практикам и описаны в литературе.

б

Рис. 8.2. Факторы, влияющие на возникновение тыльной силы: а - спресованность стопы; б - износ лезвия ножа

В резальных машинах Polar влияние тыльной силы уменьшено за счет особой конструкции резальных ножей, которые имеют трапециидальную форму: толщина верхней части на 0,1 мм меньше нижней. Тыльная плоскость такого ножа расположена не вертикально, а под небольшим углом, поэтому между ней и поверхностью разрезанных листов образуется треугольная полость, которая постепенно расширяется к верху. В связи с этим изогнутые кромки листов имеют при распрямлении больше пространства, а следовательно создают значительно меньшее давление на тыльную поверхность ножа. При сабельном движении
возникает боковая нагрузка на нож по всей его длине, которая называется горизонтальной силой. Поэтому для предотвращения смещения ножа во всех резальных машинах нож надежно крепится к ножедержателю.

На горизонтальную силу большое влияние оказывает средний угол траектории ножа 0 при резании. Малый угол траектории позволяет сохранять остроту ножа в течение продолжительного времени. Чем меньше угол траектории ножа, тем больше горизонтальная сила, и боковой сдвиг лезвия ножа относительно стопы. Следовательно значительная часть силы резания расходуется на пиление материала микронеровностями лезвия, а меньшая на вертикальную силу.

Суммарное сопротивление при резании называется силой резания, которая является равнодействующей упомянутых выше сил, т.е.

Рр = Рв + Рг + [T] + [5].

Здесь силы [Т] и [S] заключены в квадратные скобки, чтобы отметить непостоянство их действия в процессе резки (Рис. 8.3).

 

Наибольшей является вертикальная сила Р_В. На величину вертикальной силы влияет ряд факторов. Она увеличивается при затуплении ножа, уменьшении угла наклона увеличении плотности и твердости материала стопы, уменьшении его гладкости и т.п.

Горизонтальная сила Р_Г значительно меньше вертикальной на всех этапах резания и составляет 20-45 % от Р_В На величину этой силы, как уже отмечалось, существенно влияет угол траектории ножа: чем меньше угол, тем больше Р_Г.

Лобовая сила Т достигает максимума в момент дорезания стопы и составляет 16-30 % от Р_В. На величину лобовой силы влияют ширина стопы, ее высота, величина той части стопы, которая отрезается, гладкость и влажность бумаги. Если первых три параметра определяют массу отрезаемой стопы, то последние - величину коэффициента трения. При резке узких полос, например этикеток, или при наличии у листов гладкой поверхности, лобовая сила незначительная. При резке стоп максимального формата и высоты, при наличии шероховатой бумаги, эта сила существенная.

Важное значение имеет действительный угол резания (Рис. 8.4), т.е. угол, образованный профилем ножа в плоскости, перпендикулярной направлению траектории при врезании его в стопу, со стопой.

Величина его равна:

а = arctg [tga • sin (0 - ¥)],                                                                      (8.2)

где а - угол заточки ножа; 0 - угол траектории ножа; ¥ - угол наклона лезвия ножа к поверхности стопы.

Этот угол уменьшается при уменьшении угла заточки а и угла траектории 0, а также при увеличении угла наклона ножа Как известно угол заточки находится в пределах 19-24°, угол наклона принимается равным 1-3° и не может быть увеличен, так как возникнут трудности в реализации сабельного движения ножа. Угол траектории обычно принимают в пределах 40-45°.

Высота стопы. Сила резания фактически не зависит от высоты стопы, но в некоторых случаях наблюдается небольшое возрастание силы резания при увеличении высоты стопы. Это объясняется неоднородностью разрезаемых материалов.