مراحل برش در طراحی قالبهای برش

مراحل برش:

در شکل هاي ۵ تا ۹ مراحل برش ورقي از جنس فولاد کم کربن با ضخامت ۰.۴ ميليمتر از لحظه برخورد لبه برنده تا وقتيکه عمل برش پايان مي يابد نشان داده شده است.

ذرات فلز در محلي که لبه برنده وارد فلز مي شود شروع به ازدياد طول مي نمايند. سنبه در حدود ۰.۲۵ ميليمتر در فلز نفوذ مي کند . قسمت دايره اي و سطح صاف لبه برش شروع شده ولي هنوز کامل نگرديده و سطح پاييني همانند سطح بالايي تغيير فرم داده است.

توجه داشته باشيد قسمتي از فلز که مستقيما زير سطح صاف سنبه قرار دارد چون همراه سنبه به پايين حرکت مي کند هيچگونه تغيير شکلي پيدا نکرده است.

2pنفوذ:

پيشرفت سنبه در فلز را قبل از اينکه عمل شکست انجام گيرد نفوذ گويند که مقدار آن برابر است با مجموع قسمت دايره اي و قسمت صاف لبه بريده شده ، همانطور که در شکل زير مشاهده مي کنيد نفوذ را معمولا بصورت درصدي از ضخامت فلز بيان مي کنند. در جدول زير براي فلزات رايج مقادير ضريب نفوذ داده شده است.

2-1pانواع لبه هاي برش:

مقدار لقي بين سنبه و ماتريس روي لبه برش اثر گذار بوده که مشخصات سوراخ و بلانک توليد شده بوسيله عمليات Piercing و Blanking در يک فولاد کم کربن با حداکثر سختي ۷۵ HRB در شکل زير نشان داده شده است.

2-2pلقي نوع ۱:

اين نوع لبه از لقي بيش از حد سنبه و ماتريس بوجود مي آيد. در سوراخ يا بلانک توليد شده بوسيله اين قالب (شعاع لبه – زاويه گوشه و کشيدگي قسمت برجسته ) افزايش مي يابد. اين نوع لقي معمولا در ساختمان ماشين هاي ورق کاري استفاده مي شود تا ضخامت هاي زيادي را براحتي پانچ کند. آنها معمولا در عملياتي که هدف اصلي توليد سوراخ باشد نيز استفاده مي شوند. البته در شرايطي که شعاع لبه و قسمت برجسته مهم نباشد مي توان در بلانک نيز استفاده کرد. مزيت آن کاهش نيروي پرس کاري است.

لقي نوع ۲:

اين نوع لقي يک شعاع لبه بزرگ ، يک قسمت برجسته نرمال و يک زاويه لبه متوسط دارد. چنين لقي براي سوراخ يا بلانکي که براي آهداف معمول قابل پذيرفتن است. اين امکان را فرآهم مي کند تا حداکثر عمر قالب بدست آيد.

لقي نوع ۳:

معمولا براي بيشتر اهداف مناسب است ، اين لبه ها يک شعاع لبه نرمال و يک زاويه لبه کمي از خود نشان مي دهد.آنها براي کار برروي مواد سخت شوند که هنگام شکل دهي از خود مقاومت نشان مي دهند، مناسب هستند.اين لقي ها بدليل تنش هاي آزاد لبه ها امکان کاهش فرم گرفتن در لبه ها را به حداقل مي رساند.

لقي نوع ۴:

لبه حاصل از اين نوع لقي براي قطعاتي که نياز به لبه پرداخت دارند مناسب است، مانند پوليش کاري. اين نوع لقي داراي حداقل شعاع لبه مي باشد، (تقريبا عمود بر سطح ورق) و داراي قسمت برجسته اي است که بصورت سنگين فشرده شده و کشش آن بصورت نرمال است.چنين لبه اي ممکن است به آساني بوسيله سطوح برش ثانويه متعدد که بر روي ناحيه شکست آن وجود دارد تشخيص داده شود.

لقي نوع ۵:

اين نوع قطعات داراي حداقل شعاع لبه هستند، که کاملا عمود بر سطح قطعه بوده و برش ثانويه آن بطور کامل ديده مي شود. لقي براي چنين لبه هايي ممکن عامل کاهش عمر قالب براي برش مواد سخت باشد، ولي ممکن براي مواد نرم تر مانند ( برنج، سرب، مس نرم و آلومنيوم) مفيد باشد.

برش ثانويه:

در هنگامي که لقي بين سنبه و ماتريس کمتر از حد باشد (۰-۵) درصد ضخامت ورق ، شياري در سطح برش توليد مي شود که آنرا برش ثانويه نامند. برش ثانويه هنگامي توليد مي شود که شکستي که از جانب لبه برنده سنبه شروع مي شود با شکستي که از جانب لبه برنده ماتريس شروع مي شود، هميدگر را قطع نکنند. لقي هاي کمتر از ۰.۳ درصد ضخامت ورق ، بين ۲ تا ۱۰ برش ثانويه در سطح برش ايجاد مي کنند.

هنگامي که برش ثانويه در سطح برش پديدار مي شود نماي برش در سوراخها و قطعه يکسان نيست. اما سطح برش در سوراخها تقريبا بطور کامل صاف است بطوريکه قسمت صاف سطح برش قسمت شکست سطح برش را نيز مي پوشاند.

لقي هاي زياد:

با افزايش لقي (بين ۱۵ – ۵۰ درصد ضخامت ورق) قسمت دايره اي در سطح برش به بزرگترين حد خود مي رسد. شکل فوق بيانگر اين مطلب است. هنگاميکه قسمت دايره اي شکل در سطح برش افزايش مي يابد فلز ممکن است با شعاع قسمت دايره اي شکل پاره شود. دراين هنگا فلز بالاتر از حد مقاومت کششي خود کشيده شده ، بنابراين با تلرانسهاي زياد و فلزات نرم قسمت بر آمدگي و زيادي به داخل فاصله بين دو لبه برش (تلرانس) کشيده مي شود.

انتخاب لقي:

انتخاب لقي بستگي دارد به نتيجه مورد دلخواه. لقي هاي بزرگ (بيشتر از ۱۵%) بدين معني است که پرس و قالب از نظر ميله راهنما وضعيت خوبي دارد. در اين حالت شانس کمتري وجود دارد . که لبه هاي برنده به همديگر اصابت کنند. لقي هاي کم (زير ۵%) اغلب بکار برده مي شوند که توليد برش ثانويه در سطح برش بوجود آيد از اينرو سطح شيار مانندي روي سطح برش باقي مي ماند هنگامي که يک قالب با تلرانس کم طرح ريزي مي شود بر اثر تماس زياد لبه هاي بريده شده روي سنبه و ماتريس سايش بيش از حد ايجاد مي شود. در اين حالت نيروي زيادي لازم است که فلز را از روي سنبه يا از داخل ماتريس حرکت دهد. تلرانسهاي متوسط تميز ترين سطح برش را توليد مي کنند. در قالبهايي که با تلرانس متوسط طرح ريزي شده ،کمترين تغيير شکل را در حين کار قالب بوجود مي آورد. تلرانسها بين سنبه و ماتريس را لقي مي نامند تا از انواع ديگر تلرانسها جدا شود. قطر ماتريس برابر است با قطر قطعه جدا شده از فلز، که اين قطر در محل قسمت صاف لبه برش اندازه گيري مي شود. اغلب اگر قطعه جدا شده قطعه مورد نياز باشد، اندازه ماتريس برابر اندازه قطعه مي باشد. در اين صورت قطر سنبه به اندازه دو برابر تلرانس کوچکتر ساخته مي شود. ولي موقعيکه سوراخ حاصله از برش مورد نظر باشد، در اين صورت سنبه به اندازه سوراخ مورد نظر ساخته مي شود و ماتريس به اندازه دو برابر تلرانس بزرگتر ساخته مي شود.

تئوري برش در طراحی قالبهای برش

براي شکل دادن صفحات فلزي از عمليات برش، فرم و کشش استفاده مي شود. که معمولا اين عمليات را پرسکاري يا سنبه کاري مي نامند. چون عمل برشکاري ساده تر از فرم و کشش بوده و مبناي عمليات بعدي خواهد بود لذا ابتدا مورد بحث قرار مي گيرد.

تجزيه برش:

همانطوريکه در شکل (۱) مشاهده مي گردد نيروهاي وارد بر صفحه در حال برش توسط سنبه و ماتريس را نيروهاي برش مي نامند. که نيروهايي هستند مساوي و مختلف الجهت به فاصله کمي از يکديگر روي فلز اثر مي کنند. اين نيروها تنشي در فلز ايجاد مي کنند که تنش برشي ناميده مي شود. و سرانجام باعث بريده شدن فلز مي گردد. مقاومت حاصله از طرف فلز در برابر نيروهاي برش را مقاومت برشي فلز مي نامند.

لقي:

بريده شدن فلز با سنبه و ماتريس بستگي به فاصله بين نيروهاي برش دارد که اين فاصله را لقي ميگويند. مقدار لقي بين سنبه و ماتريس براي يک برش مطلوب بسيار حائز اهميت بوده بطوريکه براي مثال اگر فرض کنيد که فاصله نيروهاي برش (لقي) به اندازه ضخامت ورقي باشد که قرار است بريده شود طبيعي است که فلز قبل از بريده شدن داخل ماتريس مي شود و بجاي بريده شدن کشيده و قطع مي شود در نتيجه سطح قطعه بريده شده بعلت زياد بودن لقي مطلوب نخواهد بود برابر آزمايش فوق لقي قالب بايستي برابر درصدي از ضخامت ورق باشد. ( در حدود ۵ تا ۱۵ درصد) آزمايشات فوق بر روي صفحات بين ۱ تا ۵ ميلي متر انجام شده اما تئوري برش صفحات فلزي براي هر ضخامتي يکسان است چنانکه همين آزمايشات بر روي ورقه هاي فلزي با ضخامت چند دهم و بيشتر از ۳ ميلي متر نيز انجام گرفته و نتايج مشابهي بدست آمده است. اشکال زير بيانگر لقي هاي مختلف مي باشد شکل (a) لقي بصورت استاندارد بوده و هر سه مشخصه برش ( شعاع لبه ، ناحيه برش و ناحيه شکست) در آن به اندازه مي باشد. شکل (b) بيانگر لقي بيش از حد است که در آن شعاع لبه بزرگ شده ، ناحيه برش کوچک شده و ناحيه شکست نيز بزرگ مي شود. شکل (c) نشانگر لقي کم مي باشد. که باعث ميشود شعاع لبه و ناحيه شکست کوچک شود و در عوض ناحيه برش بزرگتر مي شود.

1p

حتي در برش فلز با قيچي هاي دستي و ماشيني و همچنين در بريدن ميله يا مفتول هاي فلزي نيز نتيجه مشابهي دارد از نظر جنس ورق نيز علي رغم اينکه آزمايشات فوق بر روي فولادهاي کم کربن انجام شده اما در مورد ساير فلزات از قبيل آلومنيوم ، مس و فولادها آلياژي نيز يکسان است ولي سطح برش فلزات شکننده مانند منيزيم کمي فرق دارد.

اصطلاحات برش:

اگر از سنبه تيز و با تلرانس کمتر از ضخامت فلز جهت برش استفاده گردد. سطح برش تميز تري مطابق (شکل ۳) بوجود مي آيد همانطوريکه در شکل نشان داده شده سطح بريده شده صفحات فلزي شامل چهار قسمت مي باشد.

  • قسمت برجسته
  • قسمت شکننده (پارگي)
  • قسمت صاف و براق
  • قسمت دايره اي شکل (تغيير فرم)

اين چهار قسمت در هر دو سطح بريده شده بر سينه سنبه و ماتريس نمايان است اما با حالت معکوس قسمت دايره اي شکل بيانگر ورود فلز به فضاي بين سنبه و ماتريس مي باشد بطوريکه قسمت نسبت مستقيمي با افزايش تلرانس و نرمي فلز دارد.

ويژگيهاي برش:

مقعر شدن قطعه کار:

هرگاه ورقه فلزي در حين برش تحت نيرويي محکم در جاي خود ثابت نشود يک شکل کاسه اي بخود مي گيرد . بعد از جدا شدن قطعه از ماتريس گوديهاي روي قطعه باقي خواهد ماند، براي جلوگيري از بوجود آمدن اينگونه تغيير شکلها بايد ورقه فلزي را بوسيله صفحه تحت فشار ( روبنده) نگه داشت.

تغيير شکل حاصل از نزديک بودن قطعات بريده شده:

بعضي اوقات لازم است که سوراخهايي نزديک به همديگر به کناره ورق فلزي تعبيه شود. وقتيکه اينگونه برشها يکي پس از ديگري انجام ميگيرد، تغيير شکلها در قطعات اتفاق مي افتد.

سايش در قالبها:

لبه هاي برنده سنبه و ماتريس بطريق مشابهي سائيده مي شوند. سائيدگيهايي که روي سطح قالبها و گوشه هاي آنهاست بوسيله سنگ زدن از بين خواهد رفت، ولي سائيدگيهايي که در قسمت عمودي سنبه و ماتريس مي باشند با سنگ زدن از بين نخواهند رفت. اغلب اينگونه سائيدگيها باعث مي شود که سنبه کوچکتر و ماتريس بزرگتر شود و در اين صورت تلرانس افزايش مي يابد. قسمت صاف لبه برش به کناره هاي سنبه يا ماتريس مي چسبد . همچنين سائيدگيها در قسمت عمودي سنبه و ماتريس باعث تغييراتي در اندازه قطعات بريده شده مي شود.