2.1.1. Резание

 

Известно два принципа осуществления этого способа в резательных ма­шинах:

-  резание по принципу ножа;

-  резание по принципу ножниц.

При резании по принципу ножа один нож (лезвие) работает против непо­движного основания. При резании по принципу ножниц два ножевых лезвия работают друг против друга. Ножевые лезвия имеют форму плоских пла­стин или окружностей (рис. 2.1).

 

На рисунке рассматриваются четыре вида ножевого резания:

-  резание ножевое плоским лезвием (а);

-  резание ножевое круглым лезвием (б);

-  резание по принципу ножниц плоскими лезвиями (в);

-  резание по принципу ножниц круглыми лезвиями (г).

Рассмотрим эти виды резания подробнее.

Резание ножевое плоским лезвием

Плоское лезвие, двигаясь вниз, разрезает бумагу или картон и в своем нижнем положении врезается в подложку (марзан), закрепленную в пазу основания (рис.2.2). Марзан изготавливается из твердых пород древесины, капрона или специальных материалов. Разрезаемый материал разделяется под действием клина ножа и усилия, создаваемого им в плоскости резания. Требуемое усилие резания зависит от высоты и ширины стопы (длины резания), сорта бумаги или картона и угла заточки ножа.

Режущую часть ножа изготавливают из износостойкой хромованадиевой стали. Угол заточки ножа составляет обычно 19-22⁰ . Уменьшение угла за­точки позволяет снизить усилие резания, но кромка лезвия быстрее затупля­ется или выкрашивается. Увеличение угла заточки ведет к повышению уси­лия резания. Соответственно для резания мягких материалов применяют лезвия с меньшим углом заточки, а для резания твердых - с большим.

 

При оптимизации геометрии ножей и оценке характера резания рассмат­ривают следующие углы (рис. 2.3): а -передний угол; в - угол заточки; Y - угол резания;

5 - угол наклона между ножами или угол наклона между ножом и гори­зонталью.

При резании бумаги и картона плоский нож бумагорезательной машины может совершать либо вертикально - параллельное, либо сложное (сабель­ное) движение. Первый вид движения характеризуется тем, что режущий нож перемещается вертикально сверху вниз. При соприкосновении лезвия ножа с материалом происходит удар, в результате которого материал про­гибается, а усилие резания в начале и конце процесса будет максимальным. Указанные причины объясняют редкое применение этого вида движения ножа в современных бумагорезательных машинах. Его применяют при фа­сонном резании бумаги и картона в виде отдельных листов или для особо упругих или твердых материалов.

При сложном (сабельном) движении нож в начале процесса занимает на­клонное положение по отношению к горизонтальной плоскости основания. Затем при движении вниз нож, постепенно врезаясь в материал, уменьшает угол наклона и только в конце хода занимает горизонтальное положение. Угол наклона ножа в начале процесса составляет 1 - 4⁰. Преимущества тако­го движения ножа - плавное врезание в материал, меньшее усилие резания, точный и чистый рез.

Сабельное движение ножа повсеместно применяется при резке стоп бу­маги во всех современных конструкциях бумагорезательных машин. Для предохранения стопы бумаги от изгиба и смещения ее в момент резания ис­пользуют прижимную балку. Сила давления прижимной балки зависит от величины усилия резания, высоты стопы, её плотности и требований к резу.

Резание ножевое круглым лезвием

Данное резание осуществляют вращающимся клинообразно заточенным дисковым вращающимся ножом на специальном подкладочном валу (рис. 2.4.).

Дисковый нож приводится во вращение от нижнего подкладочного вала за счет трения между ножом и движущимся разрезаемым полотном. Радиус дискового ножа зависит от толщины разрезаемого материала и угла уста­новки ножа относительно плоскости материала. Этот угол не превышает 15⁰. Такое резание используют в основном для однослойного материала, а также в некоторых типах продольно-резательных станков.

 

Резание по принципу ножниц плоскими лезвиями.

Данный вид резания осуществляется двумя плоскими лезвиями, движу­щимися навстречу друг другу (ножницы), или путем взаимодействия по­движного и неподвижного ножа (рис. 2.5).

Прочность среза равна сопротивлению материала срезу. Оно определяет­ся из уравнения

т = Р/F, Па,

где т - сопротивление срезу; Р - сила резания, Н; F - площадь сечения ма-

₂

териала, м² .

Сопротивление срезу в реальных условиях является сложной функцией от прочности материала при растяжении, продавливании и изгибе. Поэтому для его оценки используют следующие эмпирические зависимости:

т = BCi/S или т = С2Н, где В - абсолютное сопротивление продавливанию, Н; Ci и С2 - коэффициен ты; S - толщина материала, м; Н - твердость материала, Па.

Значения коэффициентов, используемых при расчетах, зависят от вида и состояния разрезаемого материала и равны: Ci = 15-30; С2 = 1,0-1,5.

При резании пачки листов по принципу ножниц сопротивление срезу бу­дет изменяться соответственно числу одновременно разрезаемых листов и убывать приблизительно в отношении 1/n. Известное сопротивление для од­ного листа не может быть применено для определения усилия резания при одновременной резке нескольких листов (пачки).

Разрезаемый плоский материал под воздействием ножей подвергается смятию. Чем глубже внедрение ножей, тем больше будет площадь контакта между лезвиями и материалом. Это вызывает отклонение усилия резания от плоскости между воздействующими лезвиями, и, как следствие, появление вращающего момента, который ведет к опрокидыванию материала. В ре­зультате возникает сила P_S , отталкивающая нож.

Опрокидывание может быть уменьшено применением специальной при­жимной или прессовой балки. Другой путь - уменьшение угла заточки лез­вия ножей. При этом уменьшается площадь контакта между ножами и ма­териалом, в результате чего усилия резания от ножей сдвигаются к плоско­сти между воздействующими лезвиями. Однако износ лезвий ножей при этом увеличивается.

Если производится резание одновременно на всю ширину разрезаемого материала, то понадобится наибольшее усилие резания Р, которое вычисля­ется по формуле

Р = LST, Н.

Совершаемая при этом работа будет равна

А = PS, Дж,

где L - длина разрезаемого материала, м.

Так как количество работы, совершаемой при резании, неизменно, то, удлиняя путь резания, можно уменьшить необходимую силу резания. Удли­нить путь можно за счет установки ножей под углом к плоскости материала. Тогда работа будет равна

А = (L tg 5 + S),

где 5 - угол наклона между ножами.

Приравнивая выражения работы в предыдущих формулах, найдем урав­нение для соответствующей силы резания

Рр = LS²t / (L tg 5 + S).

Когда L >> S, можно в знаменателе пренебречь S, и уравнение примет вид

Рр = S²t / tg 5.

Этого уравнения достаточно для практических расчетов. Угол 5 нельзя вы­бирать любым, так как с ростом угла будет возрастать боковая сила, сдвига­ющая материал. Обычно его значение выбирают в пределах 10-20⁰.

Резание по принципу ножниц круглыми лезвиями

Вращательное движение дисков ножей обеспечивает одновременное раз­резание и перемещение разрезаемого материала (рис. 2.6). В связи с тем, что происходит непрерывная подача материала, сила трения между ножами и материалом будет больше, чем при резании плоскими лезвиями. С увели­чением силы трения лучшему протаскиванию полотна через ножевые диски способствует установка дополнительных транспортирующих валов, кото­рые одновременно сокращают опасность коробления полотна при резании и улучшают качество реза.

Угол наклона между режущими кромками ножей 5 должен предотвра­щать возможность бокового смещения полотна и обеспечить надежный за­хват его. Большое значение в процессе резания имеет размер перекрытия ножей h. Регулируя этот размер, можно создать наиболее благоприятные условия резания.

 

Для этого вида резания используют в основном чашечные (тарельчатые) ножи. Рабочие углы лезвий выбирают с учётом качества разрезаемого мате­риала и прочностных свойств лезвий. В зависимости от стойкости стали угол резания стараются выбрать возможно большим (близким к 87⁰). Для уменьшения силы трения передний угол лучше поддерживать около 5⁰ . При переднем угле свыше 5⁰ возникает повышенный износ лезвий или выкраши­вание их кромки.

Постоянное внимание следует уделять своевременной заточке, так как кроме вращательного движения ножи могут также соударяться боковыми поверхностями и затупляться раньше срока.

Вращающиеся круглые ножи, работающие по принципу ножниц, находят широкое применение в машинах для резания бумаги на продольно-реза­тельных станках.

Резание рубкой

Этот особый вид разделения осуществляется путем ударного воздействия ножа. Такой вид резания применяется при изготовлении мягкой упаковки из бумаги (бумажных мешков, пакетов, кульков и т.п.). Процесс рубки полотна бумаги проходит между зубчатым и гладким ножами, смещенными друг от­носительно друга на небольшое расстояние. В результате получается волни­стый или зубчатый обрез полотна.