TAIEREA LA FOARFECI

Forfecarea este operatia de taiere a semifabricatelor dupa un contur deschis cu ajutorul a doua taisuri asociate.

Procesul de taiere cu foarfecele a foilor de tabla se face introducand semifabricatul intre cele doua cutite, dupa care prin actionare se produce separarea semifabricatului. Aceasta operatie pregatitoare se executa de regula pe utilaje specifice acestui tip de prelucrare prin forfecare si anume foarfece de diferite tipuri.

Prin diferitele procedee de taiere se obtin din foi de tabla, semifabricate sau chiar piese separate cu anumite forme si dimensiuni, precum si fasii (benzi) utilizate ulterior la prelucrarea prin stantare si matritare a pieselor.

Procesul de taiere are loc in trei faze succesive:

a)      faza elastica: in care semifabricatul este putin deformat de cele doua muchii dar tensiunile si deformatiile care apar in material, nu depasesc limitele de elasticitate;

b)      faza plastica: in care tensiunile cresc depasind limita de curgere si se apropie de limita de rupere nedepasind-o insa. Deformatiile devin remanente si sunt maxime pe liniile de alunecare care incep de la muchiile taietoare ale cutitelor;

c)      faza de separare: in care la inceput apar microfisuri si apoi macrofisuri, dupa care se produce separarea unei parti a semifabricatului de celalalt. Fisurile de forfecare pornesc de la cele doua muchii taietoare si in cazul unui joc optim, formeaza un plan comun de forfecare.

Pe suprafata taiata a semifabricatului se inregistreaza doua zone de rugozitate, corespunzatoare celor doua faze. Prima zona (a) este lucioasa si este specifica  fazei plastice si a doua zona (b) corespunde fazei de separare si are aspectul specific ruperii adica cu rugozitate mai mare.

Pentru ca procesul de taiere sa decurga in bune conditii este obligatorie prezenta unui joc (j) intre cele doua cutite de taiere. In faza plastica a forfecarii apar in semifabricat microfisuri si macrofisuri care favorizeaza ruperea pe o portiune de grosime hr  valoarea jocului optim dintre cele doua cutite de la foarfece se poate determina cu ajutorul relatiei:

j=(g-h) tgb

unde: b este unghiul de inclinare a directiilor de propagare a fisurilor: h=(0,2.0,5)g.

Foarfecele utilizate mai frecvent in procesul de productie sunt urmatoarele:

foarfecele cu cutite paralele;

foarfecele ghilotina;

foarfecele cu cutite inclinate vibratoare;

foarfecele cu cutite disc.

a) Foarfece cu cutite paralele

Acest tip de foarfece se utilizeaza la taierea semifabricatelor inguste si cu grosime relativ mare cum ar fi barele, platbandele si alte profiluri laminate.

In vederea taierii semifabricatului este introdus intre cutite si la coborarea cutitului superior se produce separarea semifabricatului.

In scopul unei taieri mai usoare cutitele sunt ascutite prezentand unghiuri de asezare (a) si unghiuri de degajare (g). Valorile acestor unghiuri depind de propietatile mecanice ale materialelor de debitat.

Astfel se recomanda:

g a pentru materiale dure si de duritate medie;

g a pentru materiale moi.

Cutitele au forme constructive diverse in functie de forma sectiunii transversale a semifabricatului.

Forta necesara taierii la foarfeci cu cutite paralele se calculeaza cu ajutorul relatiei:

F=K*B*g*t

unde:

F - forta necesara taierii, in daN;

B - latimea semifabricatului taiat, in mm;

g - grosimea semifabricatului taiat, in mm;

t - rezistenta la rupere, in daN/mm

K - 1,2..1,3 coeficient de corectie conventional

b) Foarfecele cu cutite inclinate (ghilotina)

Foarfecele cu cutite inclinate denumite si foarfece ghilotina se utilizeaza la debitarea tablelor subtiri in fasii si in semifabricate individuale.

Datorita faptului ca cutitul superior este inclinat cu unghiul j fata de orizontala, semifabricatul este atacat progresiv si cu ajutorul acestui tip de foarfece se pot taia semifabricate de dimensiuni mai mari decat cele taiate cu foarfece cu cutite paralele. Valoarea unghiului de inclinare j se ia in functie de grosimea semifabricatului.

Jocul intre elementele taietoare se ia in functie de grosimea si duritatea semifabricatului: pentru materiale dure si semidure cu grosime mai mica decat 10 mm se accepta jocul j= (0,05..0,07)g, pentru grosimi mai mari de 10 mm jocul se ia j=(0,1..0,2)g. In cazul taierii otelurilor aliate dure si foarte dure j=(0,05..0,2)g.

Sunt doua tipuri de foarfece ghilotina :

- cu actiune inferioara: care este mai rar folosita pentru faptul ca are dezavantajul ca o parte din masa de lucru este ocupata cu mecanismul de actionare;

-cu actiune superioara: sunt cela mai raspandite si au posibilitatea de taiere pana la 3200 mm si la care este posibila reglarea jocului dintre cutitul inferior si superior in functie de grosimea tablei care urmeaza a fi taiata.

c)Foarfece vibratoare cu cutite inclinate

Foarfecele vibrator se poate utilizala taierea tablelor dupa contururi diferite, curbilinii sau drepte, dupa trasare sau sablon. La nevoie acest foarfece se poate utiliza si la taierea tablelor in benzi si in semifabricate individuale.

Constructia acestui foarfece presupune prezenta a doua cutite inclinate avand unghiul de prindere j , dintre care cel superior este mobil. Miscarea vibratorie are in mod obisnuit frecventa 2000-4000 curse duble pe minut. La nevoie la anumite tipuri constructive frecventa poate urca pana la 20.000-25.000 curse duble pe minut.

Miscarea vibratorie a cutitelor se obtine cu un mecanism biela-manivela, cu dispozitive pneumatice sau electrice de mica putere.

Dupa modul de lucru, foarfecele vibratoare sunt de doua feluri, foarfece stationar si foarfece portabil. Grosimea tablelor care se pot taia cu foarfecele stationar este de pana la 6 mm, iar cu cel portabil este de pana la 2 mm.

Lucrul mecanic si puterea se determina in functie de constructia mecanismului de antrenare, pentru fiecare tip de foarfece in parte.

d) Foarfecele cu cutite disc:

Se utilizeaza la debitarea semifabricatelor in benzi inguste si de lungime mare. In unele cazuri se folosesc si la taierea semifabricatelor de forma circulara.

Din punct de vedere constructiv de disting cateva tipuri:

foarfece cu discuri paralele(a);

foarfece cu un disc inclinat(b);

foarfece cu ambele discuri inclinate(c).

In cazul unor productii de serie mare si de masa in industrie se folosesc foarfece cu discuri multiple care realizeaza taierea in mai multe benzi cu latimea egala sau de latimi diferite.

Deplasarea semifabricatului in timpul taierii este asigurata de frecarea care apare intre material si suprafetele active ale cutitelor.

Viteza de taiere la foarfecele cu discuri este cuprinsa intre 30.100 m/minut.

La taierea cu foarfece cu cutite disc se obtin precizii corespunzatoare clasei a 12-a de precizie in cazul discurilor paralele, clasele 12-14 de precizie in cazul discurilor inclinate, iar in cazul foarfecelor cu discuri multiple precizia este de  0,2) mm.

e) Foarfecele combinate :

Este o masina universala care poate executa  fara a schimba cutitele mai multe operatii ca de exemplu :debitarea profilelor laminate ,perforari cu ajutorul unor poansoane in aripile profilelor ,debitarea in unghi a laminatelor utilizind dispozitive speciale .

Decuparea si perforarea

Decuparea si perforarea sunt operatii de taiere care decurg in mod analog cu procesul de taiere la foarfece cu mentiunea ca in acest caz muchiile elementelor active formeaza un contur inchis.

Decuparea:este operatia de taiere dupa un contur inchis, pentru separarea completa a unor semifabricate sau piese, cea mai mica dimensiune a sectiunii transversale a conturului fiind mare in raport cu grosomea semifabricatului.

Perforarea: este operatia de taiere dupa un contur inchis, pentru separarea completa a unei parti de semifabricat sub forma de deseu, cea mai mica dimensiune transversala a conturului fiind mica in raport cu grosimea semifabricatului.

Operatiile de decupare si perforare se realizeaza cu ajutorul sculelor numite stante a caror elemente active sunt poansonul 1 si placa activa 2.

In afara elementelor active in constructia stantelor intra si alte elemente care contribuie la buna desfasurare a procesului de taiere. Dintre acestea se amintesc: alementele de ghidare care asigura un joc constant pe conturul de decupat perforat, elementele de conducere care asigura conducerea semifabricatului in campul de actiune a poansonului si placii active, placi de baza, placi de cap, placi portpoanson, etc.

In cadrul operatiei de decupare dimensiunile si precizia piesei sunt dictate de dimensiunea si precizia placii active, pe cand in cazul perforarii depind de dimensiunea si precizia poansonului.

Ca si in cazul taierii la foarfece si in cazul procesului de perforare si decupare se inregistreaza trei faze:

a)      faza elastica: in care semifabricatul este comprimat si indoit putin in cavitatea placii taietoare, tensiunile si deformatiile din material nu depasesc limitele elasticitatii;

b)      faza plastica: in care poansonul patrunde in material, pe o anumita adancime, fibrele sunt puternic intinse si incovoiate, materialul fiind impins in orificiul placii active, deformatiile materialului devin remanente iar spre sfarsitul fazei tensiunile din apropierea muchiilor taietoare ajung la valori corespunzatoare rezistentei la forfecare;

c)      faza de forfecare: in care apar mai intai microfisuri si apoi macrofisuri. Microfisurile apar prima data la nivelul muchiilor taietoare ale placii active si apoi la ale poansonului si se propaga pe directia liniilor de maxima forfecare la deformare provocand separarea semifabricatului.

Continuandu-si cursa poansonul impinge piesa (in cazul decuparii) sau deseul (in cazul perforarii) prin partea inferioara a placii active.

Pentru ca procesul de decupare-perforare sa decurga in bune conditii se impune prezenta unui joc intre elementele active ale stantelor. Marimea acestui joc influenteaza hotarator calitatea suprafetei taiate, precizia dimensionala a piesei prelucrate, consumul de lucru mecanic necesar separarii si durabilitatea stantei.

Cand marimea jocului dintre elementele active este cea optima, fisurile pornite de la cele doua muchii se propaga dupa aceeasi directie, separarea materialului facandu-se cu un consum minim de lucru mecanic. Suprafata rezultata in urma separarii prezinta trei zone distincte: o zona rotunjita 1 aflata in imediata vecinatate a zonei netede 2 ce corespunde fazei de deformare plastica, iar ultima zona 3 cea rugoasa corespunde fazei de forfecare.

Daca jocul dintre poanson si placa activa este mai mare decat cel optim semifabricatul este tras in spatiul liber ramas intre cele doua, separarea semifabricatului facandu-se in acest caz prin rupere si forfecare. Fisurile pornite de la elementele active se propaga pe doua directii paralele si nu se mai intalnesc. Suprafata rezultata in urma taierii este necorespunzatoare fiind foarte rugoasa pe alocuri cu fisuri adanci, zona neteda disparand pe alocuri complet. Mai mult datorita solicitarilor suplimentare la care este supusa placa activa ea poate crapa.

Daca jocul este mai mic decat cel optim, fisurile se propaga dupa directii paralele.

In acest caz se produc mai multe fisuri de forfecare ceea ce duce la obtinerea unor suprafata cu mai multe zone lucioase si mai multe zone rugoase. Se poate constata ca suprafata rezultata in urma taierii are o buna perpendicularitate mai buna si ca din punct de vedere calitativ suprafata alezajului obtinut cu un asemenea joc este superioara.

Jocul reprezentand diferenta dintre dimensiunile celor doua elemente active poate sa aiba valoarea optima dar el poate sa nu fie repartizat uniform pe tot conturul.

Decuparea si perforarea de precizie

In unele cazuri, mai ales in domeniul mecanicii fine se impune ca anumite piese sa aiba i precizie dimensionala, mai mare, suprafata taieturii sa fie uniforma, perpendiculara pe suprafetele plane si neteda se aplica diferite procedee de decupare si perforare de precizie.

Stantatarea de precizie presupune realizarea separarii semifabricatului prin curgere plana, perpendicular pe acesta, spre deosebire de cazul decuparii si perforarii normale unde apar fisurile de forfecare. Curgerea plana este favorizata de prezenta in material a unei stari de tensiuni de compresiune spatiala care imbunatateste propietatile plastice ale materialului

In cazul tablelor subtiri si in cazul operatiilor de perforare se foloseste schema prezentata in desenul de mai jos.

In acest caz piesa se va presa puternic cu placa de strangere 1 pe placa activa 2. Separarea materialului are loc in doua faze. In prima faza se realizeaza comprimarea spatiala dupa directie radiala si axiala a semifabricatului in zona de forfecare pana la limita de curgere. Apoi prin deplasarea poansonului 3 are loc separarea prin curgere plana. In cazul perforarii unor piese cu grosime mare se vor folosi prese cu dubla si tripla actiune.

In cazul in care g<4,5 mm comprimarea radiala a semifabricatului se face cu ajutorul nervurii existente pe placa de strangere 1 , care preseaza semifabricatul pe placa activa 2. pe masura ce nervura care se gaseste pe tot conturul piesei intra in semifabricat, aceasta preseaza radial materialul spre interior. Comprimarea axiala se face intre poansonul 3 si aruncatorul 4.

In cazul in care grosimea semifabricatului este mai mare, g 4,5..5 mm, presarea radiala spre interior trebuie sa fie mai mare, si se realizeaza cu ajutorul a doua nervuri existente pe placa de strangere 1 si pe placa activa 2. lucrurile se desfasoara similar cu cazul precedent ce mentiunea ca in constructia matritei mai exista o placa mobila 5 care mentine semifabricatul la nivelul nervurii placii taietoare. Actionarea placii mobile 5 se face cu arcurile 7, avand cursa limitata de surubul 6.

Forta de taiere la stantarea de precizie se calculeaza cu relatiile folosite la stantarea obisnuita, deoarece presiunea inalta asupra materialului influenteaza in mica masura rezistenta la forfecare.

Cu o utilizare mai redusa, folosindu-se in special la decuparea de precizie a pieselor cu contur complicat din domeniul mecanicii fine (roti dintate sau de clichet) executate din metale moi, este procedeul de decupare cu poanson de dimensiuni mai mari decat ale gaurii din placa de taiere.

Curatirea prin stantare este un alt procedeu pentru imbunatatirea preciziei pieselor decupate sau perforate in prealabil, prin care se obtin dimensiuni precise, muchii ascutite si o suprafata neteda a taieturii. Se aplica la piese mici cu precizie dimensionala pana la cea corespunzatoare treptei a 6-a si cu o rugozitate de Ra mm.

Procedeele de curatire prin stantare sunt: prin taierea adaosului de prelucrare, prin gatuire in matrita conica (pentru conturul exterior), cu poanson in trepte pentru realizarea perforarii simultan cu curatirea gaurii. Dintre toate acestea o utilizare pe scara mai larga o are curatirea prin taierea adaosului de prelucrare, folosindu-se atat pentru calibrarea conturului exterior cat si a gaurilor perforate. El se aplica in fabricarea unor piese pentru mecanica fina, in special pentru configuratii complicate.