As tesouras para placas oscilantes são amplamente utilizadas devido à sua estrutura simples, baixa taxa de falhas, alta eficiência de corte e capacidade de evitar arqueamento, empenamento e distorção da placa após o corte, ao contrário das tesouras para placas comuns. Isso ocorre principalmente porque eles adotam principalmente uma aresta de corte oblíqua.
Durante o processo de corte, a torre da tesoura giratória gira, fazendo com que o ângulo e a folga da lâmina mudem. No entanto, no processo de projeto, o cálculo da força de cisalhamento do cisalhamento da viga oscilante é frequentemente baseado na fórmula de cálculo da força de cisalhamento do movimento em linha reta do suporte da lâmina. Isso pode levar a cálculos imprecisos, desvios do tamanho do projeto e afetar ainda mais seu desempenho normal.
1. Cálculo da força de cisalhamento
O cálculo da força de cisalhamento em máquinas de corte de lâmina oblíqua que movem o porta-ferramenta em linha reta utiliza principalmente a fórmula de Nosari, que foi proposta por estudiosos da antiga União Soviética.
Na fórmula:
- σ – Limite de resistência da chapa a ser cortada, N/mnm;
- δ – Ductilidade da chapa a ser cortada;
- H – Espessura da chapa a ser cortada, mm;
- α – Ângulo de cisalhamento, grau;
- X, Y, Z – O coeficiente de força de flexão, valor relativo da folga lateral da lâmina de cisalhamento e coeficiente de pressão do material.
Claramente, a fórmula (1) não leva em conta o processo de cisalhamento após as mudanças no ângulo de cisalhamento, e a folga de cisalhamento também é considerada com base em um valor único. Como resultado, é adequado apenas para a estrutura da faca que executa cisalhamento de movimento linear.
2. Ângulo de cisalhamento e folga de cisalhamento
Em tesouras de placa tipo swing, para manter uma folga de cisalhamento e um ângulo de cisalhamento constantes durante o processo de cisalhamento, a superfície de montagem da lâmina no porta-ferramenta deve ser usinada em uma superfície espiral no espaço.
Porém, na prática, para simplificar o processo de usinagem e levar em consideração o formato da lâmina (que geralmente é retangular com superfície posterior plana), a superfície espiral é usinada diretamente em um plano paralelo ao eixo de rotação da lâmina. porta-ferramentas.
Conforme mostrado na Figura 1, existe uma posição de instalação ideal em AA' e uma posição de instalação real em BB' (onde Ф representa o ângulo de cisalhamento na figura).
2.1 Ângulo de cisalhamento
Como a ferramenta não é instalada de acordo com a superfície espiral, o método de instalação atual envolve fazer a lâmina tangencial à superfície de instalação a uma certa altura.
Isto significa que quando a lâmina é montada no porta-ferramenta em um determinado ângulo de cisalhamento Ф, a lâmina é sempre tangente a AA' (como mostrado na Figura 1) devido ao aperto dos parafusos.
Fig. 1 Esquema de instalação da lâmina em tesoura de placa tipo swing
Para garantir a qualidade do cisalhamento, a tesoura de placa oscilante é elevada acima do plano y do eixo rotativo da mesa para manter um ângulo de folga γ constante durante o processo de cisalhamento.
No entanto, como o plano de montagem da lâmina é paralelo ao eixo de rotação do porta-ferramenta, uma determinada espessura e altura da lâmina só podem ser instaladas em BB' ou paralelamente a ele.
Conforme mostrado no lado esquerdo da Figura 1, a lâmina muda da posição ideal tangente ao ponto A para a posição BN tangente ao ponto N. Isto resulta em uma mudança no ângulo de cisalhamento conforme mostrado na Figura 2.
Quando o ponto de cisalhamento é movido do ponto M para o ponto B, o ângulo de cisalhamento muda gradualmente de γ (que precisa ser mantido em um valor constante) para γ = γ' + β.
Quando o ponto de cisalhamento se move do ponto B para o ponto M, γ' = γ – β, conforme mostrado na Figura 2 (a).
Fig. 2 Mudança no ângulo e raio de rotação do fio da navalha no processamento de cisalhamento de placa tipo swing
Se o comprimento da lâmina de cisalhamento for l, o ângulo de cisalhamento for Ф e o raio de rotação da lâmina for R, a relação geométrica mostrada na Figura 2b é obtida quando toda a lâmina é utilizada.
Se n lâminas forem usadas e a espessura for ajustada usando calços de ajuste, assim:
Pelo comprimento total, pode-se observar que a faixa do ângulo traseiro da lâmina durante o corte é γ ± β.
2.2 Folga de cisalhamento
Para facilitar a instalação e melhorar a qualidade do cisalhamento, as tesouras de placa oscilantes geralmente usam lâminas longas.
Quando a lâmina é instalada no porta-ferramenta ao longo da direção do eixo com um ângulo de cisalhamento Ф, se o ponto de cisalhamento se mover de B' para B (Figura 1) durante o processo de cisalhamento, o raio de rotação real do porta-ferramenta aumentará.
Assumindo que o raio de rotação é R, o ângulo de cisalhamento é Ф e o comprimento do porta-ferramenta é l, a diferença entre o raio de rotação máximo OB e R é mostrada na Figura 2 (b):
Para garantir que a aresta de corte não danifique a mesa durante o processo de cisalhamento, é necessário manter uma folga de cisalhamento △ maior que △R.
Tomando como exemplo a tesoura de corte de placa tipo swing QC12Y-6×200, com raio de rotação de R = 469 mm, ângulo de cisalhamento de Ф = 1,5 ° e comprimento de lâmina de 1100 mm com 3 peças, substituindo esses valores nas fórmulas ( 3) e (4) fornecem β ≈ 5° e △R = 1,87mm, respectivamente.
3. Impacto
Durante o processo de cisalhamento da placa, a qualidade e a força do cisalhamento são altamente dependentes da folga de cisalhamento. Os efeitos de cisalhamento e pull-off coexistem durante o processo, e o aumento da folga de cisalhamento resulta em uma proporção maior de pull-off, mas ao mesmo tempo, a qualidade do cisalhamento piora.
Para cisalhamento de chapas espessas, a folga de cisalhamento geralmente deve ser controlada dentro da faixa de 8% a 12% com base na experiência. No entanto, o uso da tecnologia simplificada de superfície de montagem da lâmina da tesoura de placa tipo oscilante torna difícil atingir esse requisito.
Quando a folga de cisalhamento excede o valor empírico, inevitavelmente levará a mudanças na força de cisalhamento. A equação (1) mostra que um aumento na folga de cisalhamento leva a um aumento no valor relativo da folga lateral da lâmina de cisalhamento, o que acaba resultando em um aumento na força de cisalhamento necessária durante o processo de cisalhamento.
Durante o processo de cisalhamento, a ação de cisalhamento aumentará o movimento de cisalhamento de duas maneiras:
Em primeiro lugar, aumentará a força de cisalhamento, resultando em maior perda de potência.
Em segundo lugar, aumentará a deformação plástica da placa, levando ao aumento do atrito entre a lâmina e a placa cisalhada. Isto aumentará a força de cisalhamento necessária para o cisalhamento e reduzirá a vida útil da ferramenta.
Portanto, para o cisalhamento de placa do tipo oscilante, é apropriado escolher um valor relativamente maior da folga lateral da lâmina de cisalhamento e do coeficiente de desgaste da lâmina ao usar a fórmula (1) para calcular a força de cisalhamento, a fim de compensar o impacto do acima fatores.
Para garantir a qualidade do cisalhamento e evitar o atrito da placa entre a lâmina e a superfície posterior da lâmina, o projeto da tesoura de placa tipo oscilante exige que o ângulo entre a lâmina posterior e a superfície vertical da mesa seja de 1,5° a 2,0° durante o processo de cisalhamento.
Com base na análise acima, a mudança do ângulo de incidência do cisalhamento de placa tipo oscilante é γ ± β durante o processo de cisalhamento.
Depois de calcular β ≈ 5° no cisalhamento da viga oscilante QC12Y-6×200, é difícil garantir os requisitos de projeto do ângulo traseiro. No processo de cisalhamento, mesmo um ângulo traseiro negativo pode intensificar o desgaste e o calor da lâmina, e até mesmo produzir extrusão, reduzindo a resistência da lâmina.
Para evitar esta situação, é necessário um ângulo fixo θ entre a frente da lâmina e a superfície vertical da mesa no projeto do porta-ferramentas da tesoura de placa tipo oscilante (ver Figura 3). Desde que θ seja maior ou igual a -β, não haverá fenômeno de compressão entre a lâmina e a placa. Este ângulo não está descrito em alguns documentos e é recomendado que seja de 5° a 7°.
Fig. 3 Diagrama esquemático da estrutura da lâmina em tesoura rotativa hidráulica
4. Conclusão
O cálculo da força de cisalhamento em tesouras de placa tipo oscilante é normalmente feito usando o porta-ferramentas para obter movimento linear na fórmula para cisalhamento oblíquo da lâmina.
Embora teoricamente possível, o processo de usinagem real envolve a simplificação da superfície de montagem da lâmina de uma superfície espiral espacial para um plano. Isso resulta em alterações na folga de cisalhamento e no ângulo traseiro de cisalhamento durante o processo de cisalhamento.
Alterações na folga de cisalhamento podem afetar a força de cisalhamento e diminuir a qualidade do processo de cisalhamento. Por outro lado, alterações no ângulo traseiro após o cisalhamento podem causar desgaste e até mesmo extrusão entre a lâmina e a placa, aumentando, em última análise, a força de cisalhamento.
Atualmente, o processo simplificado é comumente usado na fabricação da superfície de montagem da lâmina de tesouras tipo placa giratória. Portanto, é essencial considerar a influência da folga de cisalhamento e da mudança no ângulo traseiro ao calcular a força de cisalhamento.
