Механические свойства проката

Влияние материала на процесс резки зависит от основного металла (алюминий, сталь и др.), легирующих добавок, структуры (размер зёрен, их форма и пр.), способа термообработки и температуры [*2]. Воздействие отдельных факторов на силу реза до конца не выяснено, поэтому это влияние учитывается экспериментальными характеристиками.

Основной характеристикой металла при резке на ножницах с параллельными ножами являетсямаксимальное удельное сопротивление резаниюτ_макс. Это условная величина, так как она, с одной стороны, является обобщённым напряжением процесса реза металла, который получает при резе деформации смятия, изгиба, среза, сдвига и растяжения, а с другой стороны, представляет собой усилие реза, отнесённое не к действительному сечению металла, а к первоначальному сечению [*6]. В [*19] указывается, что для пластичных материалов величина τ_макс не является постоянной, а изменяется в зависимости от толщины листа. Экспериментальные исследования, проведённые во ВНИИМЕТМАШ, показали, что τ_максзависит как от предела прочности при растяжении σ_в, так и от предела текучести σ_т разрезаемого металла, а также от их отношения σт σв .

Напомним, что предел упругости (предел текучести, σ_т) — это величина напряжений, при превышении которых материал получает незначительные, заранее обусловленные, остаточные деформации.

Предел прочности, называемый также временным сопротивлением, σ_в, — это напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца. [*25]

 

Эта зависимость при холодной резке листового металла может быть выражена формулой

 

τmax= σтσв Kτ
	(f1)

 

где K_τ — коэффициент механических свойств разрезаемого материала.

На рис. a10 представлена зависимость коэффициента K_τ от отношения σт σв для случая холодной резки, построенная по экспериментальным данным, полученным при резке листов толщиной от 0,5 до 14 мм. Графически функция K_τ=f(σ_т/σ_в) представляет собой кривую типа параболы, состоящую из двух ветвей, нижняя из которых характеризует свойства большой группы пластичных металлов (углеродистых и низколегированных сталей, цветных металлов и сплавов), имеющих отношение σт σв не более 0,7, верхняя — свойства прочных и высокопрочных сталей и других малопластичных материалов, у которых отношение σт σв изменяется от 0,7 до 1,0.

Рис. a10. Зависимость коэффициента механических свойств разрезаемого материала от отношения предела текучести к пределу прочности при холодной резке.

Рис. a11. Кривые изменения сопротивления параллельному резанию в функции относительного погружения верхнего ножа.

Для металлов, у которых σт σв ≤0,7 коэффициент K=τ_макс/σ_в является постоянным и равен 0,63, а для металлов, у которых σт σв =0,7…1,0 — переменным, изменяющимся в пределах от 0,63 до 0,39.

В [*1] указывается, что с увеличением σ_в разрезаемого металла полное усилие реза растёт непропорционально ему, а несколько меньше. При этом происходит в основном увеличение составляющих, учитывающих изгиб разрезаемого металла в зоне реза и изгиб отрезанной уже части металла (см. рис. a1). Как указывается в [*21] наибольшее влияние пределы текучести и прочности оказывают на образование заусенцев на поверхности реза.

Характеристиками пластических свойств разрезаемого металла при резке являются величины относительного надреза ε_над и относительного отрыва ε_отр.

Величина ε_над есть отношение глубины собственно надреза (заглаженной части сечения) к толщине h разрезаемой полосы.

Величина ε_отр есть отношение глубины надреза, при которой происходит окончательное разделение (отрыв) частей металла, к толщине разрезаемой полосы.

 

Следует отметить, что данные определения соответствуют использованным Крыловым Н.И. и Тарасовым Б.М. в работе [*6]. В других источниках встречаются и иные определения. Например, в работе [*4] величине ε_над соответствует коэффициент вмятия, а величине ε_отр — коэффициент надреза.

 

На рис. a11 приведены экспериментальные зависимости удельного сопротивления резанию от относительного внедрения ножей в металл (τ=f(ε)) при холодной резке. Максимальное удельное сопротивление резанию τ_макс соответствует относительному внедрению ножей, равному глубине относительного надреза ε=ε_над. Кривые τ=f(ε) обрываются при величине относительного внедрения ε=ε_отр.

 

Таблица. t5. Экспериментальные данные коэффициентов надреза εнад и отрыва εотр.
Материал	Горячее резание	Холодное резание
εнад	εотр	εнад	εотр
Сталь 10	0,32…0,40	0,75…1,0	0,30	0,5
Сталь 20	0,30…0,35	0,75…0,95	0,25	0,35…0,45
Сталь 50	0,25…0,3	0,70…0,95	0,20	0,30…0,40
Сталь 55C2	0,23…0,28	0,65…0,90	0,2	0,25…0,30
Сталь 12X18H9T	0,25…0,30	0,70…0,80	0,35	0,45
Сталь ШХ15	0,20…0,25	0,65…0,70	0,15	0,30
Медь	0,35	0,95	0,30	0,45
Цинк	0,30	0,70	0,20	0,40
Дюралюминий	0,25	0,50	0,15	0,25

 

Величина проникания ε_отрh, необходимая для осуществления реза, зависит от хрупкости материала, а для сходных материалов она может быть выражена как коэффициент толщины h [*3]. Величина ε_отр важна при расчёте энергии, необходимой для реза. Для разрезания твёрдых и хрупких материалов требуется зачастую меньше энергии, хотя необходимое усилие сдвига может быть больше, чем это необходимо при резке пластичных материалов таких же размеров. Максимальное усилие реза зависит от максимального значения τ=f(ε), а энергия, необходимая для реза, — от площади под этой кривой.

Рис. a12. Зависимость коэффициента отрыва от глубины относительного надреза.
Рис. a13. Зависимость глубины относительно надреза от толщины разрезаемой полосы из материала с σт σв≤0,7 и δ₅=10…30 %
при холодной резке.

В табл. t5 приведены максимальные значения коэффициентов надреза ε_над и отрыва ε_отр, полученные экспериментальным путём при резании различных металлов [*4]. Эти данные следует считать ориентировочными, так как они получены с различной степенью точности, в некоторых случаях при резании образцов небольшого сечения (25×25 мм). Для пластичных материалов ε_отр доходит до 0,6…0,9, а для хрупких уменьшается до 0,12…0,15 [*1]. Величина ε_отр пропорциональна удлинению и приблизительно на 20…50 % больше относительного удлинения δ₅ [*1].

Величина ε_отр определяется по формуле

ε_отр=K_отрε_над,

где Kотр — коэффициент отрыва, определяемый по графику в функции εнад. Как показывают экспериментальные исследования, εнадзависит от отношения σт σв и относительного удлинения δ5материала разрезаемой полосы, её толщины h и рода металла. На рис. a13 представлена графическая зависимость εнад от толщиныh разрезаемой полосы из материалов с σт σв ≤0,7 и δ5=10…30 %. Этими значениями механических свойств объединена большая группа углеродистых и легированных сталей, а также некоторых цветных металлов и сплавов, которая подчинена общей зависимости функций τмакс=f(σв) и εнад=f(h). График показывает, что с уменьшением толщины полосы величина εнадвозрастает. При стремлении h к нулю εнад асимптотически приближается к единице, а при стремлении h к бесконечности εнад асимптотически приближается к 0,1. Коэффициент Kотр определяется по графику на рис. a12, построенному по экспериментальным данным. Графическая зависимость показывает, что εотр с уменьшением εнад от 1

до 0,1 уменьшается от 0,5 до 0,3. Для малопластичных материалов, у которых ε_над< 0,1, наблюдается тенденция сохранения ε_отр постоянной, равной примерно 0,3.