Скользящее резание

Скользящее резание.

Закройные машины изготавливаются с ленточными, пластинчатыми и с дисковыми ножами. Машины с ленточными ножами обычно устанавливаются стационарно и применяются для выкраивания деталей, а машины с пластинчатыми и дисковыми ножами являются передвижными и используются для рассекания настилов и выполнения некоторых вспомогательных операций.

Особенности процесса резания. Известно, чего при резании подвижным ножом рабочий угол заострения ножа меньше конструктивного угла. Вследствие этого снижается усилие резания, повышается чистота среза и облегчаются условия работы на машине. При подаче материала на нож со скоростью U₁и движении ножа со скоростью U₂ за период Δt времени точка A материала переместится относительно ножа в точку C₂(рисунок 1,а). Обозначим: α ₂, α ₁ - половины рабочего и конструктивного углов заострения ножа и k= .

Тогда = =; ;

; .

Легко установить, что наибольшее изменение угла α₂ наблюдается при k<20 (рисунок 1,б).

Направление полной силы резания, приложенной к материалу, в первом приближении можно считать совпадающим со скоростью движения ножа относительно материала. Тогда полная сила резания

,

где P₀ – сопротивление движению острия, N- давление материала на нож, µ₁ – коэффициент трения материала о нож.

Рисунок 1. Схема и гравики: a– схема сил, действующих на нож; б – зависимость от k; в – зависимости усилий резания от k: 1 – P_П; 2 – P_x; 3 – P_y.

С увеличением k сила P_П будет уменьшаться, так как уменьшается угол , а работа, необходимая для разрезания материала, изменяется незначительно; зависимость P_П от kна рисунке 1,в изображена кривой 1.

Составляющие силы резания P_x=P_{П *} cosβ, а сопротивление движению материала

,

где - кэффициент трения материала о стол; - вес материала.

Имея в виду, что

= k,

находим

; ;

.

Как видно, при увеличении k силы P_x и Qуменьшаются интенсивнее , а P_yсначала увеличивается, а затем уменьшается (рисунок 1, в).

При работе ленточной машины наблюдаются поперечные колебания ножа, существенно влияющие на точность кроя. Амплитуда поперечных колебаний и неточность кроя уменьшаются с увеличением натяжения ножа, с уменьшением расстояния между направляющими его; помимо этого амплитуда зависит от скорости и жесткости ножа, диаметра шкивов, толщины ножа в месте соединения и некоторых других факторов.

Для обеспечения надлежащей точности раскроя и чистоты среза принимают k=50÷80. Тогда при U= 0,20-0,25 м/сек. U₂=10-20 м/сек. Меньшие Скорости ножа назначаются при раскрое материалов с синтетическими нитями, большие – хлопчатобумажных и шерстяных. Ширина ножа зависит от радиуса кривизны деталей и плотности настила (рисунок2). При выкраивании круга радиуса ρ лезвие А ножа перемещается по дуге I – I, а торец B, лежащий на касательной к этой дуге, - по кривой II – II; т.е. торец ножа отгибаетотрезаемую часть настила на некоторый угол θ и сминает настил на величину с. При этом угол θ зависит в основном от свойств настила и равен углу BAD, где AB = AD. Тогда ∠AOD= π – 2 и наибольшая ширина ножа b_max=2ρ sin 0_max .

Угол θ можно вычислить с помощью экспериментальных данных. Для ΔABO справедливо , а для ΔAOD – b²=4ρ sin²θ, откуда sin θ ≃ 0,7 . Нетрудно убедиться, что при изменении ρ или b и обеспечении θ = const отношение Поэтому для вычисления θ_max достаточно определить наименьший радиус выкраиваемого круга и возникающую при этом деформацию настила . Установлено, что при выкраивании деталей из трико, драпа и шелка θ_max=9-12°.

Прочность ленточных ножей. Толщина ножей определяется расчетом на прочность. Суммарное нормальное напряжение ножа

σ = σ₁+ σ₂₊ σ_3≤ [σ] где σ_1, σ_2, σ₃. — напряжения, возникающие вследствие действия сил инерции, технологического натяжения ножа, при огибании шкивов; [σ] — допускаемое напряжение.

Напряжение от сил инерции σ₁=_, где Т — сила, растягивающая нож; h — толщина ножа. Напряжение σ₁ разви­вается по всей длине ножа (рисунок 3 а,б). Сила инерции эле­мента dР ^u — 2Т * sin. Кроме того dР ^u ≃ ; dm= 𝜑; sin.

Тогда T= ; σ₁=(U₂ – скорость ленты, R₁ - радиус ножевого вала;γ—удельный вес материала ножа; g — ускорение силы тяжести).

Напряжение σ₂=, где T₁ – наибольшее натяжение ножа, наблюдающееся на участке 5-1 (см. рисунок 3). По величине T₂ = T_{1 +} +P_y , причем <e^μ*3(иначе не будет движения ножа). Здесь Т₁ — натяжение ведомой ветви ножа, М_с—момент сопротивления движению шкива, μ₃ – коэффициент трения ножа по шкифу.

Напряжение σ₃ развивается па участках 1--2 и 3--4 ножа

(рисунок 3); но величине σ₃=εЕ, где ε — относительное удлине­ние, E — модуль упругости материалу ножа.

Но ;

(рисунок 3,b). Тогда σ₃=.

Следовательно, условием прочности ножа в точке 1 является .

Откуда находим , где

Рисунок 3. Эпюры и схемы: а— эпюры напряжений; б — схема определения напряжения под действием сил инерции; в — то же при изгибе.

Напряжение в ножах машин ЗЛ-1 и РЛ составляют:

Машина	U2, м/сек	P1, мм	h, мм	Напряжения, кг/см2
				σ1	σ2	σ3	σ
ЗЛ-1 РЛ	20 20	500 255	0,5 0,5	30 30	600 700	1000 1920	1630 2650

Как видно, превалирующим является напряжение изгиба, причем в наружных слоях ножа возможны пластические деформации.

Натяжное устройство должно поддерживать заданное на­тяжение ножа, а тормозное — быстро останавливать шкивы при обрыве его. Эти условия обеспечиваются при определен­ном соотношении размеров звеньев устройств и определен­ных параметрах пружин.

Проектирование машин с пластинчатыми ножами. Исполнительными механизмами машин являются кривошип-шатунные, состоящие нз кривошипов 1, шатунов 2 и пол­зунов 3 (рисунок 4,а). К ползунам прикреплены пластинчатые ножи 4, перемещающиеся в направляющих 5. Разрезаемый материал располагается между платформой 6, соединенной стопкой 7 с электродвигателем 8, и упорной лапкой 9. Маши­ны имеют подпружиненные ролики 10 и рукоятки для переме­щения.

В рассматриваемых машинах скорости ножей не постоян­ны и, следовательно, процесс резания не стабилен. При обозначениях рис. 8,а положение ножа определяется орди­натой

у = l* cos𝜑₂— r * cos 𝜑 или т. к. sin 𝜑= sin 𝜑=𝜆*sin 𝜑,

у ≃r( – cos 𝜑 - sin²𝜑)

Скорость же п ускорение ножа являются функциями

U₂=;

а=≃*r(cos𝜑 – 𝜆* cos2𝜑).

Графики скорости, ускорения и отношения ножа изобра­жены на рисунок 4,б. Как видно, в процессе работы машины от­ношение углов сильно изменяется, что вызывает резкое изменение сил резания Р_𝜆 по величине и Р_y по величине и направлению

(рисунок 4,в). Эти изменения сил резания и вибрации машины значительно ухудшают качество разреза.

При проектировании машин желательно обеспечить по возможности большую скорость ножа и меньшую силу инерции ползуна. Согласно изложенному скорость ножа про­порциональна 𝜔₁, а сила инерции ползуна пропорциональна В связи с этим радиус r кривошипа целесообразно при­нимать по возможности больше; при большом r, однако, нож выхолит из платформы и дополнительно ухудшает разрез.

Далее ускорение и сила инерции ползуна во многом зависят 𝜆=, поскольку наибольшее ускорение a_max=r(1+𝜆). Поэтому X целесообразно уменьшать: однако, в случае чрез­мерного уменьшения/. при r=const сила инерции шатуна мо­жет возрасти в связи со значительным утяжелением его.

В матине ЭЗМ-2: r — 15 мм, l =185 мм, т. е. 𝜆= 0,081.

Рисунок 4. Схема и графики: а — схема машины с пластинчатым ножом; б—графики скорости (1), ускорения (2) и отношения 𝛼₂/𝛼₁ углов заострения ножа (2); в — графи­ки полной силы P_П резания (1) и составляющих ее Р_х (2) и Р_y (3).

Конструктивное оформление машины сопровождается рас­четом противовеса и кинематических пар кривошипно-шатунного механизма. Центр S₀ тяжести противовеса распола­гается на продолжении кривошипа АВ и рассчитывается из ус­ловия полного уравновешивания вращающихся масс криво­шипа и части шатуна и частичного уравновешивания поступательно движущихся масс ползуна и части шатуна. Сравнительно хорошо механизм уравновешивается противо­весом, образующим момент:

G₀(S₀A) = G₁(S₁А) + G_2B*r + (G_2C + G₃)r,

где G₀, (S₀A) — вес противовеса и расстояние от центра тяжести его до оси вращения; G₁(S₁A)—то же кривошипа; G_2B,G_2c—части веса шатуна, размещенные в точках В и С; G₃ — вес деталей, движущихся возвратно-поступа­тельно. При статическом размещении

G₀(S₂A)=G₁(S₁A)+G_2B*r+(G_2c+G₃)r ,

где G₂ (S₂C), (S₂B) —вес и расстояние от центра тяжести шатуна до точек С и В [4]. Кинематические пары рассчиты­ваются на удельное давление и прочность.

Проектирование машин с дисковыми ножами.

Ножи 1 в этих машинах соприкасаются с направляющими 2 и соединены посредством конических передач 3 с электро­двигателями 4. Электродвигатели же закреплены на стойках 3, соединенных с платформами 6; платформы имеют подпру­жиненные ролики 7 (рисунок 5,а).

Работа машин характеризуется различными условиями резания полотен [5], сравнительно большими ошибками в размерах выкраиваемых деталей и малой маневренностью [6]. Так в зависимости от высоты настила изменяется вели­чина и направление скорости* резания и, следовательно, усилии резания (рисунок 5,а). При выкраивании же круглых де­талей точка А ножа движется по дуге I—I радиуса р, а точ­ка С—по дуге II—II радиуса ρ+, т. е. в общем случае дета­ли, выкраиваемые из верхних и нижних полотен пастила, не одинаковы по размерам (рисунок 5,б). Кроме того, выкраива­емые детали не могут иметь малых радиусов закругления, так как ρ≃, где АВ значительно больше ширины лен­ точного или пластинчатого ножа, а деформация материала с≃const.

Неточность кроя и маневренность машины зависят от вы­соты настила, радиуса ножа и кривизны деталей. С увеличе­нием высоты Н₂ настила и радиуса R₃ ножа значительно уве­личиваются горизонтальные проекции дуг АС, вследствие чего увеличиваются неточность выкраиваемых деталей (рисунок 5,в).Аналитически зависимость можно установить следующим образом. При обозначениях (рисунок 5,в) для треугольников AOC'и АОА' справедливы зави­симости

(АО)² = (АC')²+ - 2(AC')R₃ * cos𝜂₁;

(AO)² = + - 2H₂R₃ * cos𝜂₂;

(АС')² = +2(AС') R₃ * cos𝜂₁ - 2H₂R₃ cos𝜂₂;

cos𝜂_{1= -}sin𝜂₃; cos𝜂₃=.

sin𝜂₃=; cos𝜂₂= - cos𝜂₄= - .

Тогда

(АС')²⁼= - 2(AС') * .

Далее устанавливаем

(AС)² = (AС')² = 2ρ +.

Рисунок 5. Схемы и графики, характеризующие работу дисковых машин: а, б — виды, спереди и сверху; в—схема влияния радиуса кожа и высоты пастила па неточность кроя: г—зависимость от H₂ при R₃: 1—90 мм, 2—50 мм.

После этого находим

f₂H₂ – C₃ = 0;

H₂= - f₂ + ,

где

С₃ =2;

f₂ = R₃ – H₂ – f₁.

Зависимости от H₂ при f₁=6 мм, ρ = 100 мм, =50 мм

и 90 мм изображены на рис.9,г. В связи с тем, что неточность кроя существенным образом зависит от радиуса ножа, величину его следует принимать минимальной.

Изложенные материалы могут быть использованы при разработке конструкции других более совершенных закрой­ных машин ,в том числе ленточных машин с устройствами для изменения скоростей ножей, с совершенными устройства­ми от травм, индикаторами натяжения ножей, аспирацион­ными установками (типа машины РЛ-2), закройных машин с автоматической подачей материала, передвижных ленточ­ных машин (типа машины Ш8-Н-03) и других.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. И И. Капустин, Резание и режущий инструмент в кожевенно-обувном производстве, Гизлегпром, 1950.

2. В. Н.Гарбарук, А. М. Небольсин. Закройная ленточная машина ЗЛ-1 шв, Гизлегпром, 1955.

3. В. А. Добровольский, Детали машин, Машгиз, ГНТИ, 1950

4. Н. Н. Крапивин, А. И. Комиссаров, Расчет противовесов кривошипно-шатунных механизмов иглы швейных машин, Научные труды МТИЛП, № 30, 1964,

5. Ю. П. Зыбин, Механизмы и инструменты обувных машин, Гизлег­пром, 1953.

6. Е. А. Маракушев, Определение оптимальной высоты настила при ре­зании его закройной машиной с дисковым ножом, Научно-исследова­тельские труды ВНИИШП, № 3, 1953.