Wstęp

Ten proces ścinania to podstawowa operacja w dziedzinie obróbki i produkcji metali, kluczowa dla precyzyjnego cięcia różnych materiałów, zwłaszcza blach. Polega ona na usuwaniu materiału wzdłuż wyznaczonej linii poprzez poddanie go działaniu sił ścinających, co zapewnia czyste i dokładne cięcie.

W swojej istocie, strzyżenie Polega na przyłożeniu siły, która powoduje odkształcenie plastyczne materiału, skutecznie rozdzielając go wzdłuż ustalonej ścieżki. Proces ten jest zazwyczaj przeprowadzany za pomocą specjalistycznych maszyn zwanych nożycami, które posiadają ostre ostrza ułożone w sposób ułatwiający wydajne cięcie.

Kluczowe elementy procesu cięcia obejmują przedmiot obrabiany, czyli cięty materiał, oraz ostrza nożyc, które wykonują czynność cięcia. Materiał jest umieszczany między ostrzami, a pod wpływem siły ostrza wywierają wystarczającą siłę, aby wywołać odkształcenie i rozdzielenie wzdłuż linii cięcia.

Na skuteczność procesu cięcia wpływają różne czynniki, w tym właściwości materiału, takie jak grubość, twardość i ciągliwość, a także ostrość ostrza, luz i ustawienie. Prawidłowa kontrola tych parametrów jest niezbędna do uzyskania precyzyjnych cięć z minimalnymi odkształceniami i defektami.

Zastosowanie nożyc w produkcji blachy zmniejszyło się ze względu na wykorzystanie narzędzi tnących w procesie wykrawania CNC oraz technologii wybijania (sharing-out) w celu oddzielania elementów od szkieletu blachy. Nożyce są używane głównie do cięcia prostokątów lub pasów do tłoczenia i wykrojników w prasach CNC.

W przypadkach, gdy do uzyskania wymiarów końcowych stosuje się proces ścinania, grubość materiału i wymiar XY elementu dyktują stopień precyzji, który jest ekonomicznie opłacalny. Grubszy materiał i większe wymiary XY wymagają szerszych tolerancji.

W szerokim zakresie produkcji blach grubość materiału waha się od 0,005 cala (0,13 mm) do 0,25 cala (6,35 mm) w przypadku materiałów żelaznych i nieżelaznych. Sprzęt do strzyżenia waha się od pojemności 1⁄4 cala (6,0 mm) x 12 stóp (3,5 m) długości łóżka do maleńkich nożyczek ręcznych o pojemności 0,030 cala (0,8 mm) i długości ostrza 12 cali (300 mm).

W wymiarze XY stosowana jest tolerancja ±0,060 cala (1,52 mm) dla grubszego materiału i ±0,010 cala (0,26 mm) dla cieńszego materiału. Zaleca się konsultację z dostawcą sprzętu do obróbki plastycznej metali w celu uzyskania informacji o możliwościach dostępnego sprzętu.

Charakter krawędzi ciętych

Za każdym razem, gdy blacha jest cięta, czy to za pomocą stempli i matryc, nożyc czy nożyc rozcinających, charakterystyka krawędzi cięcia jest podobna (rysunek 1).

Proces skrawania przebiega w trzech etapach, gdy krawędź skrawająca przesuwa się przez materiał: wstępne odkształcenie plastyczne, penetracja i pęknięcie. Podczas wstępnego odkształcenia plastycznego powstaje „promień krawędzi” lub „zaokrąglenie”. Podczas penetracji powstaje „pasmo nacięcia” lub „połysk”. Natomiast podczas pęknięcia powstają „odłamki” i zadziory.

Nożyce i inne urządzenia do cięcia metalu są zazwyczaj konserwowane i regulowane w celu zapewnienia akceptowalnej jakości cięcia z nominalnymi zadziorami oraz ograniczenia zużycia narzędzi i sprzętu. Zapewnia to cięcie, w którym penetracja następuje na głębokość około 1/3 grubości materiału, a pęknięcie następuje w pozostałej części. Prawidłowa regulacja generuje zadziory, których grubość rzadko przekracza 10% grubości materiału.

Charakterystyka sprzętu

W użyciu jest szeroka gama urządzeń do cięcia mechanicznego. Główne elementy maszyn, wspólne dla większości nożyc, to rama, łoże, stół, suwak, urządzenia dociskowe, wskaźniki, mechanizm uruchamiający oraz ostrza (rysunek 2). Urządzenia dociskowe, rozmieszczone wzdłuż łoża w pobliżu ostrza, chwytają materiał i mocno go zaciskają w pozycji do cięcia.

Tylne ograniczniki służą do pozycjonowania materiału pod ruchomym ostrzem w ustalonym wymiarze. Mogą to być zarówno proste, mechaniczne ograniczniki, jak i szereg sond (przełączników zbliżeniowych), które wykrywają materiał i aktywują maszynę w przypadku jednoczesnego kontaktu z więcej niż jedną sondą. W zależności od typu i stopnia zaawansowania, tylne ograniczniki mogą być ustawiane ręcznie lub programowo.

Przednie wskaźniki pomiarowe są często używane do pozycjonowania materiału, zwłaszcza w przypadku dużych elementów obrabianych. Mogą być mechaniczne lub programowalne.

Boczne wskaźniki, zwane również „ramionami kątowymi”, montowane są prostopadle do ostrza po lewej lub prawej stronie łoża i pomagają w prowadzeniu i prostowaniu materiału względem ostrza.

Działanie

Niezależnie od konstrukcji, rozmiaru czy prędkości, wszystkie nożyce mechaniczne działają podobnie. Arkusz blachy przesuwa się po stole, aż do zetknięcia się z tylnymi ogranicznikami, a linia cięcia znajdzie się pod ostrzem (rysunek 3). Po uruchomieniu maszyny urządzenia dociskowe zaciskają materiał, a kątowe, ruchome ostrze tnie arkusz stopniowo, niczym gilotyna.

W zależności od zastosowania, nożyce mechaniczne mogą być zasilane od przodu lub od tyłu. Zasilanie od tyłu może zmniejszyć konieczność obsługi materiału podczas kolejnych cięć, ale wymaga obecności dodatkowego operatora.

Utrzymywanie jakości

Podczas operacji cięcia przeprowadzane są ważne kontrole jakości. Czynniki kontroli jakości obejmują początkową płaskość materiału oraz ogólny stan powierzchni i krawędzi. Wady powierzchni i ślady poślizgu są powszechne w przypadku produktów w zwojach i arkuszach i są generalnie akceptowalne przez producenta, chyba że spowodowałyby one odrzucenie gotowego produktu pod względem estetycznym. Rozwarstwienia, wtrącenia powierzchniowe i inne poważne wady materiału mogą również zostać zidentyfikowane i stanowić podstawę do odrzucenia.

Rozważania projektowe

Aby zapewnić ekonomiczną produkcję, doświadczony projektant uwzględnia kilka aspektów wpływających na koszty i jakość podczas cięcia i kolejnych operacji. Poniżej przedstawiono kilka takich zagadnień projektowych.

●Wykorzystanie materiałów: Dostawcy materiałów zazwyczaj udostępniają arkusze w standardowych rozmiarach – o szerokościach 30, 36, 48 i 60 cali. Efektywne wykorzystanie tych standardowych rozmiarów może przynieść znaczne oszczędności, ponieważ pozwala uniknąć dodatkowych kosztów cięcia wzdłużnego lub obróbki walcowniczej. Wczesna konsultacja z producentem blach może pozwolić na modyfikację wymiarów niewidocznych kołnierzy produktu, aby uzyskać układ części nieco mniejszy niż standardowy rozmiar arkusza. Pozwala to uniknąć dodatkowych kosztów i zmniejszyć ilość odpadów.

●Kierunek włókien: Kierunek włókien w płaskim materiale walcowanym (wzdłużnie w zwoju) nie zawsze ma istotne znaczenie. Jednak w niektórych operacjach, takich jak formowanie i gięcie, orientacja włókien może mieć znaczenie. W przypadku bardzo dużych części z formowanymi kołnierzami lub elementami, projektant powinien skonsultować się z wykwalifikowanym dostawcą przed określeniem orientacji włókien i promienia gięcia, aby ustalić, czy ograniczenia dotyczące rozmiaru materiału pozwolą na wykonanie formowanych elementów w poprzek włókien. Temat ten omówiono bardziej szczegółowo w rozdziałach dotyczących formowania na prasach krawędziowych i produkcji tłoczonej.

●Charakterystyka procesu: Zadziory, ślady docisku i skręcenie (rysunek 4) są cechami charakterystycznymi procesu ścinania.

1. Zadziory powstają po cięciu (jak podczas każdej operacji cięcia metalu) i zwykle udaje się je utrzymać w dopuszczalnych granicach poprzez stosowanie właściwych praktyk cięcia.

2. Ślady docisku, widoczne jako niewielkie wgniecenia wzdłuż jednej strony ściętej krawędzi przedmiotu obrabianego, czasami wynikają z działania docisków. Ślady te rzadko stanowią problem. Często mogą być częścią niewidocznego kołnierza w produkcie końcowym lub mogą zostać całkowicie wyeliminowane podczas przycinania w późniejszych operacjach.

W zastosowaniach krytycznych, w celu ochrony materiału, można zastosować osłony na dociskach. Czasami stosuje się materiały z usuwalnymi powłokami ochronnymi, aby zmniejszyć ślady i zarysowania powstałe w wyniku ścinania. Takie rozwiązania znacznie zwiększają koszty.

3. Skręt, spiralne zakrzywienie materiału występujące podczas ścinania wąskich pasków. Jest ono spowodowane działaniem nożyc i zależy od stosunku szerokości cięcia do grubości i twardości paska. 

Skręt rzadko jest istotnym czynnikiem, z wyjątkiem cięcia wąskich pasków. Gdy zadanie wymaga bardzo wąskich pasków, często można zastąpić je materiałem ciętym na rolkach (jeśli zamówienie jest wystarczające) lub prętami.