2. CIĘCIE BLACH

1. Wiadomości wstępne

Duża liczba części i podzespołów płatowca wykonywana jest z odpowiednio uformowanych cienkich blach i kształtowników. W procesie technologicznym wykonywania tego typu części prawie zawsze występuje operacja cięcia.

Cięcie materiału można wykonywać za pomocą:

• nożyc gilotynowych:

• prostych;

• wibracyjnych;

• nożyc krążkowych;

• wykrojników (wycinaków).

Przy cięciu stosuje się najczęściej dwa elementy tnące. Część robocza każdego z tych elementów ograniczona jest powierzchnią czołową stykającą się z obrabianym materiałem i powierzchnią boczną. Przecięcie się tych powierzchni tworzy krawędź tnącą. Powierzchnia łącząca krawędzie tnące obydwu elementów tnących nazywa się powierzchnią cięcia.

1. Cięcie nożycami gilotynowymi

Schemat cięcia nożycami gilotynowymi prostymi przedstawiono na rys. 2.1.

Rys. 2.1. Zasada cięcia nożycami: P - siła działania ostrza na materiał, Q - siła działania dociskacza na materiał, a - ramię działania sił P, M - moment spowodowany działaniem pary sił P, e - luz między krawędziami tnącymi (zależy od rodzaju materiału i jego grubości, e ≈ g/30), g - grubość przecinanego materiału, α - kąt przyłożenia (0...3°, zmniejsza tarcie między nożem i ścinanym materiałem), β - kąt ostrza, γ - kąt natarcia (zwykle nie przekracza 12°, im jest większy tym większe jest zagłębienie ostrza a mniejsza trwałość narzędzia.

W procesie cięcia wyróżnia się dwa etapy:

• zagłębianie się ostrza w materiał (obszary A i C, które charakteryzują się dużą gładkością powierzchni);

• pęknięcie materiału po przekroczeniu jego wytrzymałości na ścinanie.

W celu obniżenia wartości siły P stosuje się często pochylenie krawędzi tnących w stosunku do ciętego materiału określone kątem rozwarcia nożyc ϕ:

1...5° dla nożyc gilotynowych prostych;

powyżej 10° dla nożyc wibracyjnych.

Za pomocą nożyc gilotynowych wykonuje się cięcia materiałów wzdłuż linii prostych. Odchylenia prostoliniowości zależą od grubości materiału i jego szerokości. Zwykle mieszczą się w granicach ± 0,4...1,2 mm/m.

W procesie cięcia na krawędziach materiału powstają zadziory, które usuwa się przez opiłowanie lub frezowanie.

1. Cięcie nożycami krążkowymi

Nożyce krążkowe mogą mieć układ noży prostopadły lub skośny w stosunku do ciętego materiału (rys. 2.2).

Rys.2.2. Rodzaje nożyc krążkowych: a - o układzie noży prostopadłych do ciętego materiału,
b - o układzie noży skośnym do ciętego materiału.

Prostopadły układ noży umożliwia stosowanie jednocześnie kilku par noży krążkowych o różnych rozstawach, co pozwala kroić materiał jednocześnie na kilka pasów o potrzebnej szerokości i tym samym zwiększyć wydajność procesu cięcia. Szybkość cięcia na nożycach krążkowych wynosi od 1,5...7 m/min, dla jednej pary noży, do 25 m/min, dla nożyc wielokrążkowych.

Nożyce o nożach skośnie ustawionych w stosunku do ciętego materiału stosuje się do wycinania dużych półfabrykatów o krzywoliniowym obrysie. W takim przypadku linia cięcia powinna być wcześniej wytrasowana, a materiał prowadzi się ręcznie, co wymaga od pracownika wykonującego cięcie odpowiedniego doświadczenia.

Przy cięciu nożycami krążkowymi również powstają zadziory wymagające usunięcia, a wycięty element wymaga często prostowania.

2. Wykrawanie

Wykrawaniem nazywamy ciecie materiału za pomocą narzędzi zamocowanych w prasie (mechanicznej lub hydraulicznej), a narzędzia służące do tego celu - wykrojnikami lub wycinakami. Powstające w procesach wykrawania pęknięcia materiału mogą być spowodowane naprężeniami ścinającymi lub rozciągającymi.

Naprężenia ścinające, niezbędne do naruszenia spójności materiału podczas wykrawania, wywołane są przy cięciu blach bezpośrednim naciskiem na materiał dwu elementów tnących: stempla i płyty tnącej (rys.2.3a). Jeżeli jednak kształt przedmiotu zapewnia koncentrację naprężeń w żądanym przekroju, to możliwe jest wykrawanie tylko jednym elementem tnącym, jak to ilustruje przykład okrawania odkuwki, pokazany na rys.2.3b. Jeden element tnący może być również stosowany przy wygładzaniu małych otworów (rys.2.3c) oraz przy cięciu gumą (rys.2.3d), przy czym prócz ścinania występuje w tym przypadku rozciąganie materiału.

Rys. 2.3. Schematy różnych sposobów wykrawania.

Jednym ze sposobów wykrawania, któremu towarzyszy pęknięcie spowodowane przede wszystkim naprężeniami rozciągającymi (złom rozdzielczy) jest cięcie nożowe, pokazane schematycznie na rys. 2.3e. Pęknięcie materiału następuje w przekroju osłabionym na skutek uprzednio dokonanego odkształcenia. Operacją, podczas której powstaje pęknięcie spowodowane naprężeniami rozciągającymi jest również przebijanie otworów (rys. 2.3f), powstaje przy tym wywinięcie obrzeża otworu.

Najczęściej jednak, wykrawanie rozumiane jest jako operacja cięcia za pomocą dwu elementów tnących - stempla i płyty tnącej (rys. 2.4). W procesie wykrawania można wyróżnić następujące etapy:

• dociśnięcie i wyprostowanie materiału;

• odkształcenie sprężyste materiału;

• odkształcenie plastyczne materiału;

• pęknięcie materiału;

• usunięcie wykroju.

Rys.2.4. Etapy procesu wykrawania: 1 - stempel, 2 - płyta tnąca; I - dociśnięcie i wyprostowanie materiału; II - odkształcenie sprężyste materiału; III - odkształcenie plastyczne materiału; IV - pęknięcie materiału.

W procesie cięcia istotną wielkością jest stosunek wielkości zagłębienia noży w materiale i do grubości przecinanego materiału g. Wartość tego stosunku zależy od rodzaju materiału i jego grubości:

i/g = 0,1...0,25 dla materiałów kruchych o grubości do 4 mm

i/g = 0,45...0,6 dla materiałów plastycznych o grubości do 4 mm.

Wraz ze wzrostem grubości wartość i/g maleje.

Wykrojniki do cięcia blach znalazły szerokie zastosowanie w produkcji płatowców ze względu na dużą wydajność procesów cięcia oraz możliwość zatrudniania personelu o niskich kwalifikacjach. Koszt pras również nie jest wysoki, biorąc pod uwagę uniwersalność tych maszyn. Z drugiej strony należy wziąć pod uwagę fakt, że trwałość wykrojników stosowanych w przemyśle jest najczęściej za duża dla potrzeb budowy płatowców, a koszt ich wykonania w stosunku do ilości wykonywanych elementów jest wysoki, zwłaszcza w przypadku dużych rozmiarów półfabrykatów i części. Ze względu na znaczną różnorodność asortymentu wycinanych części oraz niezbyt długie serie produkcyjne, przemysł lotniczy stosuje szereg wykrojników nietypowych dla innych branż:

• wykrojniki nożowe - bardzo proste narzędzia stosowane do wycinania podkładek z materiałów niemetalowych oraz do wycinania otworów w tego typu materiałach, zapewniają niewielką dokładność wykrawania;

• wykrojniki płytowe - są proste w wykonaniu i obsłudze. Stempel i płyta tnąca wykonuje się najczęściej z blach stalowych o grubości 3...6 mm. Są lekkie i można nimi pracować na dowolnych prasach, umożliwiają wycinanie elementów o długiej linii cięcia. Bez ostrzenia umożliwiają wykonanie elementów z blach duralowych o grubościach do 2 mm w seriach

rzędu 5000 sztuk;

• wykrojniki sprężyste (kłapacze zawiasowe, kłapacze pęsetowe) - są odmianą wykrojników płytowych. Stempel i płyta tnąca są ze sobą związane za pomocą sprężystej blachy. Są dość dokładne a zarazem proste w budowie;

• wykrojniki taśmowe - wykonuje się z płyt z utwardzonego drewna, w których umieszcza się twardą taśmę stalową o grubości ok. 1,5 mm. Krawędzie taśmy są krawędziami tnącymi. Są stosowane do wycinania elementów z miękkich blach oraz z materiałów niemetalowych;

• wykrojniki swobodne - są to proste narzędzia do wytwarzania w małych seriach części, co do których nie ma wielkich wymagań dotyczących dokładności kształtu. Ich wadą jest konieczność każdorazowego ustawiania stempla względem płyty tnącej podczas ich montażu w prasie.

• wykrojniki z prowadnicami płytowymi - są stosowane do wykonywania części lotniczych występujących w większych ilościach. Charakteryzuje je skomplikowana konstrukcja i duża dokładność wykonywanych części;

• wykrojniki z prowadnicami słupowymi - są typowymi narzędziami stosowanymi w przemyśle metalowym do wykonywania dużych serii części wymagających dokładnego odwzorowania kształtu i wymiaru. Są najbardziej złożone pod względem konstrukcyjnym;

• dziurkowniki - są stosowane do wykonywania regularnie rozłożonych otworów, np. pod nity;

• wykrojniki z gumowym stemplem - stosowane w przypadku wycinania otworów w połączeniu z kształtowaniem elementu, np. zaginania półek lub wytłaczaniem krawędzi i rowków usztywniających. Proces ten wymaga prostych narzędzi: stalowej płyty tnącej i stempla wykonanego ze specjalnej gumy o grubości ok. 150 mm.

4

P

g

γ

β

α

e

a

M

Q

A

B

C

a)

b)

1

2

I

II

III

IV

---