Типовой штамп состоит из основания 1 (рис. 6.37), в котором закреплен рабочий инструмент 2. В качестве рабочего инстру­мента используются режущие, рицовочные, перфорационные, биговальные ножи различной длины и конфигурации. Для фик­сации картона при выполнении технологических операций и удаления его после штанцевания с рабочих поверхностей инст­румента к основанию 1 с помощью клея или двусторонней клея­щей ленты 3 крепится пружинящий (эжекторный) материал 4.

Для рабочего инструмента высотой до 12 мм в качестве ос­нования штампа используют слоистые прессованные мате­риалы на основе крезоло — или фенолоформальдегидных связу­ющих и бумаги — гетинаксы (пертинаксы), или различных тканей — текстолиты. Основные свойства гетинаксов и тек — столитов приведены в табл. 6.16 [ 18].

Для рабочего инструмента высотой более 12 мм применяют калиброванную, без сучков, ударопрочную фанеру толщиной 15 или 18 мм. Такую фанеру международного класса ВВ/ВВ из лу­щеного березового, букового, кленового или ольхового шпона, со­единенного клеями на основе фенолоформальдегидных смол, выпускают для обработки лобзиком. Для лазерной обработки производят фанеру международного класса S/BB, соединен-

Рис. 6.37. Принципиальная схема типовой штанцевальной формы: 1 — основание; 2 — биговальный нож; 3 — клеевой слой или двусторонняя липкая лента; 4 — эжекторный материал; 5 — нож для высечки; 6 — контрштамп

Таблица 6.16 Основные свойства гетинаксов и текстолитов Параметр Гетинакс электротехнический ТУ 16-503.165-77 Текстолит ПТК-ГР ТУ 6-05-168-77 Плотность, кг/м3 1250-1350 1300-1450 Рабочие температуры, *С От -65 до +120 От -60 до +150 Разрушающее напряжение при растяжении, МПа: В продольном направлении в поперечном направлении 90 60 50-130 Разрушающее напряжение при изгибе, МПа: В продольном направлении в поперечном направлении 80 60 150-220 Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом — см 1-Ю11 1-Ю9

Ную клеями на основе карбонатных смол. К ротационным ма­шинам выпускают специальные цилиндрические фанерные основания штампов, состоящие из двух скрепленных между со­бой полуцилиндров (рис. 6.38). Полуцилиндры изготавливают путем наклеивания отдельных слоев лущеного шпона на ци­линдрическую форму требуемого диаметра, служащую матри­цей. Затем заготовку прессуют между этой матрицей и ответной частью формы — пуансоном. После этого в форме под давлени­ем осуществляют сушку в микроволновой печи.

Важнейшим требованием, предъявляемым к основаниям штанцевальной формы, является сохранение стабильности размеров. Стабильность размеров фанерных оснований штанцевальных форм зависит в первую очередь от влажности фанеры. Для изготовления качественных штанцевальных форм рекомендуется применять фанеру с влажностью не бо­лее 5%. Зарубежные заводы-производители выпускают фане­ру с влажностью около 11%, влажность отечественной фане­ры достигает 50% [46]. Поэтому перед использованием фане­ру необходимо сушить. Естественную сушку осуществляют в сухом, хорошо проветриваемом помещении. Фанеру уклады­вают на выставленную по уровню в горизонтальное положе-

Рис. 6.38. Фанерный полуцилиндр (а) и роторная штанцевальная форма (б): 1 — основание; 2 — биговальный нож; 3 — клеевой слой или двусторонняя липкая лента; 4 — эжекторный материал

Ние палету (рис. 6.39). Между листами обязательно устанав­ливают калиброванные прокладки. Горизонтальность нале­ты, тщательность подбора и схема размещения прокладок особенно важны, иначе в процессе сушки произойдет короб­ление фанеры, появится неплоскостность, недопустимая для штанцевальной форхмы. В оптимальных условиях естественной сушки влажность фанеры уменьшается примерно на 3-5% в месяц. Как правило, естественную сушку проводят не менее трех месяцев.

Крепление рабочего инструмента в основании осуществля­ют с помощью пазов. В настоящее время пазы в фанере выпи­ливают лобзиком или выжигают лазером. Выпиленные лобзи­ком пазы имеют шероховатые и параллельные друг другу стенки, надежно удерживающие рабочий инструмент в тече­ние длительного срока службы. Однако этим способом затруд­нено изготовление пазов криволинейной конфигурации. Для

Рис. 6.39. Схема укладки фанеры для естественной сушки: 1 — фанера; 2 — калиброванные прокладки; 3 — налета

Пропила прямолинейного паза первоначально просверлива­ют отверстие, в которое вставляют ножовочное полотно. Та­ких отверстий на штанцевальной форме много: даже на пря­молинейном участке паза необходимо отверстие у каждой перемычки.

Технология лазерной резки пазов в фанерных основаниях штанцевальных форм, разработанная около 30 лет назад, по­зволяет изготавливать пазы практически любой конфигура­ции. Расфокусированный до заданных размеров луч лазера выжигает в фанере паз требуемой ширины. Этот процесс пол­ностью автоматизирован. Изготовление пазов выполняется по программе, передаваемой от компьютера, на котором произво­дилось проектирование разверток коробок.

Лазерный станок для обработки фанерных оснований штанцевальных форм состоит из лазера — источника излуче­ния. координатного стола для плоских форм или вращателя для ротационных форм, системы автоматического управления столом или вращателем и лучом лазера, определяющей траек­торию и режим обработки.

Выбор типа лазерного станка по его технологическим воз­можностям. производительности и другим показателям осу­ществляют на основе технико-экономического обоснования с учетом требований всей технологической цепочки производ-

Основные технологические параметры станков для лазерной резки пазов в фанерных основаниях толщиной 18 мм штанцевальных форм [19]

Мощность С02-лазера, Вт	Скорость вырезания паза, м/мин	Диаметр фокусного пятна, мм	Тип лазера
75	0,125	0,2	Отпаянный
150	0,250	0.2	Отпаянный
300	0,500	0,2	Отпаянной
900	1,000	0.3	Прокачной

Ства упаковки. Основные технологические параметры станков на базе С02-лазеров приведены в табл. 6.17.

К недостаткам лазерной резки следует отнести бочкообраз­ную форму паза по толщине фанеры с расширением со стороны входа лазерного луча (рис. 6.40). На стенках пазов происходят обугливание шпона фанеры, термодеструкция и спекание на­плывов от клеевых швов. Отмеченные недостатки снижают проч­ность крепления штанцевального инструмента в фанерных ос­нованиях. Для повышения прочности крепления увеличивают натяг между штанцевальным инструментом и пазами, в кото­рые он вставляется. Однако при превышении критического зна­чения натяга возможна недопустимая деформация основания.

?

Рис. 6.40. Схема паза в фанерном основании при лазерной резке расфокусированным лазерным лучом

Устраняет отмеченные недостатки новый способ прореза- ния пазов в фанерных основаниях штанцевальных форм оп­тимально сфокусированным лазерным лучом [19]. Таким лу­чом выполняют по периметру паза очень тонкий замкнутый прорез, в результате чего удаляемая зона из паза выпадает (рис. 6.41). Полученный паз имеет практически параллель­ные стенки с минимальным обугливанием. За одну на­стройку лазерного луча на одном фанерном основании мож­но прорезать пазы для ножей с разной толщиной, например для 2- и 6-пунктовых. Время прорезания пазов по такой тех­нологии не зависит от толщины пазов. Скорость изготовле­ния пазов сфокусированным лазерным лучом выше скорос­ти изготовления пазов расфокусированным лазерным лу­чом, несмотря на вдвое большую длину траектории движе­ния луча в первом случае.

Обычно при лазерной резке начальный участок паза полу­чается несколько уже, поскольку скорость перемещения лазер­ного луча еще не установилась постоянной. В новом поколе­нии лазерных станков этот недостаток устранен за счет систе­мы синхронизации скорости перемещения с фокусировкой и мощностью лазерного луча. Эта система учитывает и особен­ности фанерного основания.

I

В некоторых технически и экономически обоснованных случаях в качестве оснований штанцевальных форм исполь-

Удаляемая

Зуют легкоплавкие металлы. Наиболее часто встречаются алюминиевые основания. Металлические основания приме­няют в случаях работы штанцевальных форм с нагревом, на­пример для штанцевания многослойных материалов, содер­жащих слои полимерных пленок. Металлические основания эффективны и для штанцевания стопы из многослойных ли­стов бумаги.

В связи с тем, что в процессе штанцевания совмещено не­сколько технологических операций, выполняемых одновременно за один рабочий ход штампа, размеры всех рабочих инструмен­тов и других элементов штампа взаимосвязаны

Если принять за основу высоту режущих ножей Нр, то высо­та биговальных ножей Нб должна быть уменьшена на толщину обрабатываемого материала SM:

Hp=H6^SM Или H6=Hp-SM. (6.21)

Так, если высота режущего ножа составляет Нр = 23,8 мм, то при толщине картона ^ = 0,4 мм высота биговального ножа должна составлять Нб = 23,4 мм, при SM = 0,7 мм Нб = 23, 1 мм, а при Sju = 1,0 мм Нб = 22,8 мм (рис. 6.42).

Толщину гофрокартона S^ определяют при его полном сжатии.

Соотношения (6.21) обычно применяют для биговальных матриц с тонким основанием из металлической фольги или полимерных пленок. При использования биговальных матриц

С основанием из более толстой стальной ленты необходимо учитывать толщину основания

Hp = H6+SM + h0 или H6=Hp-SM-h0. (6.22)

Наиболее часто встречаемые на практике соотношения тол­щины обрабатываемого (штанцуемого) материала с высотами и толщинами режущих и биговальных ножей приведены в табл. 6.18.

При этом толщина биговальных ножей S6 выбирается не меньше толщины обрабатываемого материала:

(6.23)

Высоту рицовочных ножей Нриц можно определить из соот­ношения

Нриц — ИР — Sm + ^иц» (6.24)

Где /1рИЦ — глубина рицовки.

Важную роль в конструкции и функционировании штан­цевальной формы играет пружинящий (эжекторный) мате­риал. С его помощью осуществляют фиксацию картона и уст­ранение его вибрации после подачи в рабочую зону штанце-

Таблица 6.18

Соотношения толщины штанцуемого материала и основных размеров режущих и биговальных ножей

Шганцуемый материал	Режущие ножи, мм	Биговальные ножи, мм
Вид	Толщина, мм	Высота	Толщина	Высота	Толщина
Этикетки Бумага Тонкий картон Складные коробки Картон Серый картон Микрогофрокартон Гофрокартон типа В (с) 5-слойи>1й гофрокартон В/с (с)	До 0,2 0,3 0,5-0,7 0,7-1,0 1.0-1,4 0,6-0,8 0,8-1,0 1.0-1,6	8-12 23,8 23,8 23,8 23,8 23,8 23,8 23,8 23,8	0,4 0,5 0,71 0,71 1,05 1,05 1,05 1,05 1.42	23,6 23,4 23.1- 23,3 22,8-23,1 22,5-22,8 23,0-23,2 22,8-23,0 22.2- 22,8	0,35 0,5 0,71 1,05 1,05 1,05 1,05 1,42

Вальной формы. Его пружинящие свойства обеспечивают ка­чественное выполнение всех операций процесса штанцева­ния за счет нейтрализации растягивающих усилий и дефор­маций картона между инструментами для высечки, биговки, перфорации, надрезки, рицовки, тиснения при прямом ходе штанцевальной формы. Его эжекторные свойства позволяют удалять картон и гофрокартон с режущих и формующих кро­мок штанцевального инструмента при обратном ходе штан­цевальной формы. К вспомогательным функциям пружиня­щего материала можно отнести защиту ножей от образова­ния заусенцев и использование для балансировки штанце­вальной формы по давлению.

Пружинящий (эжекторный) материал приклеивается к ос­нованию штампа вдоль рабочего инструмента. В качестве пру­жинящего материала наибольшее применение нашли различ­ные сорта резины и полиуретанов. Резина используется как сплошная монолитная, так и газонаполненная с открытыми и закрытыми ячейками. Полиуретаны применяются вспенен­ные с закрытыми микроячейками [54].

Газонаполненные полимеры характеризуются ярко выра­женной физической агрегатной неоднородностью из-за нали­чия в полимерной матрице более или менее равномерно дис­пергированных газовых включений. В материалах с закрыты­ми ячейками, называемых пенопластами, газовые включения изолированы друг от друга полимерными стенками. В матери­алах с открытыми ячейками, называемых поропластами, рас­пределение газовой среды не дискретно и ячейки взаимосвя­заны друг с другом. На практике подобное разграничение весьма условно, поскольку получение ячеек определенной гео­метрической формы и размеров затруднено.

Соотношение газовой и твердой фаз в газонаполненных по­лимерах характеризуется показателем кажущейся плотности. На основе этого показателя газонаполненные материалы под­разделяют на легкие, кажущаяся плотность которых составля­ет менее половины начальной плотности исходного полимера (как правило, не выше 500 кг/м3}, облегченные (подвспенен — ные) и интегральные (структурные). К последней группе отно­сят пенопласты с четко выраженным градиентом плотности
при переходе от середины к поверхности образца, изготовленно­го за одну технологическую операцию. При этом возможно полу­чение материалов, сочетающих свойства монолитного пластика у наружного слоя и типичных легких пенопластов в середине.

По степени жесткости газонаполненные пластмассы под­разделяют на эластичные (мягкие), полужесткие и жесткие. Мягкие пенопласты имеют напряжение сжатия при 50%-ной деформации менее 0,1 МПа, жесткие — более 0,15 МПа, полу­жесткие занимают промежуточное положение [35].

Степень жесткости пружинящего материала определяет его упругую характеристику. Упругой характери­стикой называется зависимость между перемещением H определен­ной точки упругого элемента и при­ложенной к нему нагрузкой Р. Ха­рактеристика упругого элемента мо­жет быть представлена в виде урав­нения, в табличной или графичес­кой форме. В зависимости от конст­рукции и свойств упругого элемента его характеристика может быть ли­нейной и нелинейной: возрастаю­щей или затухающей (рис. 6.43). ь реальных условиях пружинящие материалы и конструк­ции отличаются несовершенством упругих свойств. Точные из­мерения показывают, что даже при напряжениях, меньших предела упругости, материалы не имеют той строго линейной и однозначной зависимости между напряжениями и дефор­мациями, которая выражается законом 1Ука. Кривые нагру­жения и разгрузки материала в пределах упругих деформаций в действительности не совпадают, образуя так называемую «петлю гистерезиса» (рис. 6.44, а). Ширина петли гистерезиса очень мала и может быть обнаружена только при весьма тща­тельных измерениях.

Рис. 6.43. Характеристики

Упругого элемента: 1 — линейная; 2 — затухаю­щая; 3 — возрастающая

Явление гистерезиса сложно, и природа его в настоящее время еще недостаточно изучена. Известно, что с увеличением напряжений петля гистерезиса увеличивается, а с увеличени-

Рис. 6.44. Несовершенства упругих свойств материала: а — петля гистерезиса; б — изменение деформаций во времени;

В — гистерезис и упругое последействие

Ем предела упругости, т. е. с ростом сопротивления малым пла­стическим деформациям [ 1 ], — уменьшается.

Отклонение от законов совершенной упругости материала выражается также в том, что при постоянной нагрузке воз­можно изменение деформаций во времени [48, Т. 1). При на — гружении основная часть деформаций происходит практичес­ки мгновенно, а затем деформации продолжают нарастать по резко затухающему во времени закону (рис. 6.44, б). При сня­тии нагрузки деформации исчезают также с некоторым за­паздыванием во времени. Изменение деформаций во времени при постоянной нагрузке называется последействием. Явля­ясь причиной отставания по фазе деформаций от напряжений при нагружении и при разгрузке пружинящего материала, последействие, складываясь с гистерезисом, увеличивает раз­ницу в характеристике прямого и обратного ходов (рис. 6.44, в).

Важным свойством пружинящего материала является его жесткость /с

» dP

К = (6.25)

Если характеристика упругого элемента линейна, то жест­кость представляет собой отношение нагрузки Р к соответству­ющему перемещению h.

Жесткость показывает какую нагрузку следует приложить к пружинящему материалу, чтобы вызвать перемещение, рав­ное единице.

В конструкции штанцевального штампа несколько пружи­нящих элементов соединены с основанием параллельно и на­чинают работать с небольшой разницей во времени, определя­емой их различной высотой (рис. 6.45).

(6.27)

Общая нагрузка Р будет равна сумме усилий, воспринимае­мых каждым из пружинящих элементов [23]:

П

Р = Р1+Р2 + …+ Р,+ …+ Pn =YPi—

I=i

При прямом ходе штампа усилие сжатия возникает в мо­мент касания с листом картона самого высокого пружинящего элемента высотой H0=H2. При дальнейшем движении штампа усилие сжатия возрастает по мере увеличения деформации сжатия есж и деформации остальных пружинящих элементов. Максимального значения усилие сжатия достигает в конце прямого хода штампа, когда все пружинящие элементы сжаты до высоты Ьсж. При этом усилия сжатия пружинящих элемен­тов будут различными. Для каждого элемента усилие сжатия определяется его жесткостью, величиной деформации сжатия Гсж и площадью горизонтального сечения Sce4.

H

(6.26)

Деформация сжатия i-ro пружинящего элемента определя­ется значениями его исходной высоты ht и высоты слсатия h^:

I

1

Рис. 6.45. Пружинящие элементы в конструкции штанцевального штампа

EIcjK =—^jj-^’100%. {6.28)

(6.29)

По значению е(сж из графика типа представленного на рис. 6.44, в определяют напряжение сжатия а1СЖ для данного типа материала, а затем вычисляют усилие сжатия пружинящего элемента:

Pi — ai сж ^сеч — 0(сжЬВ,

Где L и В — соответственно длина и ширина пружинящего элемента.

Специфика деформационных свойств резины заключается в том, что соотношение о/г является функцией режима нагруже­ния, а также и функцией абсолютных значений о или е. Нели­нейность свойств проявляется тем сильнее, чем больше а или е.

A = G

К

(6.30)

Где G — модуль сдвига, Е = 3 G, Где I—длина растянутого образца: (q—длина исходного образца. При работе в штанцевальном штампе резина подвергается высокоскоростным гармоническим нагружениям сжатия с асимметричным циклом нагружения, когда наибольшие и наименьшие напряжения и деформации неодинаковы по чис­ловому значению. Асимметричный цикл нагружения характе­ризуют средними значениями деформации е^ и напряже­ний о^, определяемыми алгебраической полусуммой наи­большего и наименьшего значений. В зависимости от типа

Классическая статистическая теория высокоэластичности устанавливает для резин соотношение между напряжением, рассчитанным на начальное сечение, и кратностью растяже — ния А. в виде [2]

Штанцевальной машины скорость нагружений может дости­гать 6000-14000 ч-1.

В условиях многократных циклических нагружений в рези­нах протекают процессы саморазогрева и усталости (утомле­ния). Эти процессы обусловлены высоким внутренним трением резин, приводящим к переходу механической энергии дефор­мации в теплоту. Теплообразование определяется упрутоэлас — тичными свойствами резин и зависит от режима нагружения.

Е

Динамический модуль упругости ЕГ (отношение амплитуды напряжения а0 к амплитуде деформации е0 [25]) определяется по формуле

= Е = >/(Е’)2 + (Е’)2, (6.32)

Где РиЕ" — соответственно действительная и мнимая состав­ляющие Јf.

Мнимая составляющая Е" определяет модуль внутреннего трения К, представляющего собой удвоенное значение удель­ных механических потерь за цикл деформации Q при значе­нии амплитуды деформации е0. равном единице:

К = Т? = 2яЕ’- (6.33)

(6.34)

При вынужденных гармонических колебаниях в отсутствие резонанса из-за механических потерь происходит во времени сдвиг фаз между амплитудами напряжения а0 и деформации £0. Сдвиг фаз характеризуется углом механических или гисте — резисных потерь <р:

К

Sincp =

2л Е equE

Механические потери за цикл деформации составляют Q = 7ia0 Г0 sincp. (6.35)

Они определяются площадью петли динамического гистерези са (рис. 6.46) и поэтому называются гистерезисными потерями.

2 Q К

О

С

Рис. 6.46. Петля динамического гистеризиса между напряжением о и деформацией £ при вынужденных

Гармонических нагружениях резин

Относительным гистерезисом Г называют отношение меха­нических потерь к условной энергии цикла:

(6.36)

Динамические упругогистерезисные свойства (Е, К и их произ­водные q, ф и Г) в условиях вынужденных нерезонансных колеба­ний определяют по ГОСТ 10828-64 на ротаторах при гармоничес­ком симметричном знакопеременном изгибе, а также по ГОСТ 10953-64 при импульсном нагружении в режиме качения кольце­вых образцов, характерном для шинных резин. В Германии и США испытания по стандартам DIN 53312 и ASTM D 2231-63Т проводят на вибраторах различных конструкций.

(6.37)

Саморазогрев количественно характеризуют приростом температуры:

А Т = Т-Т(

Где ТиТ0 — температуры образца и окружающей среды соот­ветственно.

Значение ДТ определяется конкуренцией тепловыделения в материале Q+ (7] и теплоотдачи в окружающую среду Q~ (Т). Изменение температуры образца во времени определяют из уравнения теплового баланса

Где с—теплоемкость материала; р — плотность материала.

S|*(t)

(6.39)

9+(Т) = псоо$

На практике саморазогрев обычно исследуют эксперимен­тально, сопоставляя взаимное расположение кривых Q* (7] и Q~ (Т) при заданных режимах нагружения и теплоотвода. Как правило, для резин, эксплуатирующихся в высокоэла­стическом состоянии, саморазогрев имеет стационарный ре­жим (рис. 6.47). При стационарном режиме прирост темпера­туры АТ при некоторой сравнительно низкой температуре Тр Рис. 6.47. Стационарный (I) и нестационарный (II) режимы саморазогрева: Т0 — температура внешней среды; Гр — стационарного саморазогрева; Тк — критическая температура

В случае, когда напряжение о изменяется по гармоническо­му закону с частотой со, (Т) можно определить из уравнения
прекращается, поскольку скорости тепловыделения и теплоот — вода становятся равными. Это обусловлено уменьшением теп­ловыделения, потому что с ростом температуры механические потери уменьшаются. Поэтому для резин обычно саморазогрев не приводит к критической ситуации, но вызывает изменение упругих характеристик.

Многократные циклические нагружения полимерных ма­териалов приводят к появлению усталости или утомления, вы­ражающемуся в изменении их исходных свойств. Усталость приводит к падению жесткости, прочности, износостойкости и снижению срока службы изделий.

Усталость характеризуется выносливостью — числом циклов нагружения N до разрушения при заданном напряжении о.

Напряжение aN, при котором происходит разрушение мате­

Риала после заданного числа циклов нагружении, называется усталостной прочностью.

(6.40)

Зависимость между N и ON в режиме нагружений a = const или между N и в режиме е = const обычно выражают графи­чески в виде кривых усталости. Наиболее часто для резин ана­литическое выражение этих зависимостей имеет вид [48]

-1

TN

N ~

(6.41)

AN=a1Wp,

Где Oj — разрушающее напряжение при однократном нагруже­нии (исходная прочность); (3 — эмпирический показатель вы­носливости.

Показатель выносливости (3 обычно достаточно стабилен в широком диапазоне изменения числа циклов нагружения N. Для резин он находится в диапазоне р = 2-10. Зависимость (6.40) преобразуется в линейную в координатах lg CN— lg N. Она справедлива и для режима нагружения при е = const.

Количественной характеристикой сопротивления устало­сти может служить и коэффициент усталостной прочности KN:

Практически любая нагрузка или деформация может привести к усталостному разрушению материала при доста­точно большом значении N, поэтому KN может принимать значения от О до 1.

Усталостную выносливость резин при многократном сжа­тии определяют по ГОСТ 266-67. Обычно при этом измеряют температуру саморазогрева образцов.

Испытание резин на сжатие в статических условиях про­водят на пластометре с плоскопараллельными плитами при заданной сжимающей нагрузке Р по ГОСТ 415-43. Испыта­ниям подвергаются образцы цилиндрической формы диамет­ром 16 мм и высотой hq = 10 мм. Регламентированы и условия проведения испытаний: нагрузка Р= 49 Н (5 кгс), температу­ра 70°С, время сжатия и восстановления 3 мин. Необратимая деформация характеризуется условным показателем плас­тичности еп:

Ho -Кг

£л те (б-42>

Где h^ — высота восстановленного образца после снятия на­грузки.

Обратимая деформация h^ называется эластическим вос­становлением:

Ьоб ~ ^вс 1ж-

При испытании резин на сжатие на дефометре по ГОСТ 10201-62 при постоянной температуре 80°С определяют на­грузку Р (гс), вызывающую заданную деформацию стандарт­ного цилиндрического образца диаметром 10 мм и высотой /tq = 10 мм за время 30 с.

Стандартизованная деформация

£л = ЬонЬш. — о, б.

Ho

Нагрузка Р, определенная в таких условиях испытаний, ха­рактеризует общее сопротивление материала сжатию и по сути
оценивает жесткость резины при сжатии. Эластическое восста­новление h^ измеряют через 30 с после снятия нагрузки.

Газонаполненные (губчатые) резины испытывают на стати­ческое сжатие по ГОСТ 11139-65. При этом определяют так называемую твердость Н как отношение нагрузки Р (Н, кгс), вызывающей за 1 мин сжатие образца на 60%, к площади ос­нования образца Sce4 (м2, см2):

Ммч

Одним из условных показателей, косвенно характеризу­ющих поведение резин при эксплуатации, является твер­дость. Твердость оценивает сопротивление испытуемого об­разца резины вдавливанию в него наконечников (инденто — ров) различных форм. На показатель твердости влияют раз­меры и форма индентора, режимы нагружения и время воз­действия, силы трения между резиной и индентором. жест­кость опоры под образцом и другие факторы. Глубину вдав­ливания индентора измеряют не после снятия нагрузки, как при испытаниях металлов, а во время действия нагруз­ки. Величину и длительность воздействия нагрузок выбира­ют сравнительно небольшими, чтобы не развивались оста­точные деформации. Существует полуэмпирическая зависи­мость, связывающая модуль сдвига резины при малых де­формациях G (кгс/см2) с нагрузкой Р(кгс), вдавливающей сферический индентор радиусом R (см) на глубину h, выра­жаемую в сотых долях миллиметра [25]:

Р = 0,00051 GR0’65 /г1’35. (6.43)

Величину h определяют при рекомендованных ИСО значе­ниях Ри R. Затем результаты измерений переводят в между­народные единицы твердости (рекомендация ИСО R-48, ГОСТ 13331-67), которые близки к условным единицам твер­дости по Шору.

МН _ кгс

М’

См

Твердость по Шору определяют в процессе экспресс-испы­таний, не требующих большой точности. Индентором явля­
ется затупленная игла, имеющая форму усеченного конуса. Показатель твердости определяют по условной шкале из 90 делений в зависимости от глубины проникновения иглы в материал под действием силы, создаваемой стандартной пружиной. Твердость оценивают в условиях равновесия сил вдавливания иглы пружиной и выталкивания иглы из об­разца испытуемой резины. Твердость 0 соответствует полной глубине погружения иглы, твердость 90 — когда игла не по­гружается в образец, а усилие предельно сжатой пружины составляет 8,06 Н (822 гс).

Анализ уравнений (6.43), (6.27)-(6.31) показывает, что суще­ствует взаимосвязь между условным значением твердости по Шору, модулем сдвига и усилием сжатия пружинящих элемен­тов штанцевального штампа при определенной деформации Јj сж: чем выше твердость резины по Шору, тем больше ее мо­дуль сдвига G, тем больше напряжение сжатия о1сж, тем боль­ше усилие сжатия Р<сж.

Для газонаполненных резин такая взаимосвязь нарушает­ся. Основной причиной нарушения этой взаимосвязи являет­ся разное поведение твердой и газовой фаз при деформирова­нии. Твердые резины практически несжимаемы и имеют ко­эффициент Пуассона, близкий к 0,5. Газовая фаза сжимается, уменьшаясь в объеме. Поэтому поведение резин с различным содержанием газовой фазы, иначе говоря — с различной ка­жущейся плотностью, при сжатии различно.

В

Рис. 6.48. Схема деформирования пружинящего элемента

Рассмотрим схему деформирования монолитного резиново­го пружинящего элемента (рис. 6.48) с исходным прямоуголь­ным сечением площадью S0:

S^Bho. (6.44)

В конце прямого хода штанцевального штампа пружиня­щий элемент сжат до высоты 1ж, а его сечение приобретает бочкообразную форму. Площадь деформированного сечения ScyK можно расчленить на площади трех фигур: прямоугольни­ка с исходной шириной В и высотой hOK и двух одинаковых сег­ментов площадью Sccr:

5сж = ВЬсж+25сег. (6.45)

Из условия несжимаемости монолитных резин следует, что

(6.46)

Отсюда

^сег ———- 2—— ‘———————— (6А7)

Деформация сжатия составляет

Есж= ^ • (6.48)

Из (6.47) следует, что

/1^=^(1-6^). (6.49)

Из выражений (6.47) и (6.48) получаем

О So

Ьсег (6.50)

Радиус сферической части деформированного элемента со­ставляет

(6.51)

Боковое расширение деформированного элемента

B_VB2-h4-B

При деформировании газонаполненных резин величина будет уменьшаться с увеличением содержания газовой фазы или с уменьшением кажущейся плотности за счет эффекта сжимаемости газовой фазы.

Величина является важной конструктивной характерис­тикой штанцевального штампа: она определяет зазор между штанцевальным инструментом и пружинящим материалом с:

(6.53)

Выполнение условия (6.53) позволяет исключать боковое давление на рабочий инструмент со стороны пружинящего материала и устранять появление в штанцуемом материале касательных напряжений, отрицательно влияющих на каче­ство штанцевания.

(6.54)

На практике наиболее часто высоту пружинящего материа­ла выбирают с таким расчетом, чтобы пружинящие элемен­ты выступали над режущими ножами примерно на 1,2 мм (рис. 6.49):

Ho = Нр + 1,2-а,

Где а — толщина основания штанцевального штампа.

В случае, когда ширина пружинящего элемента В равна его высоте JIq (В = H0), оптимальными являются зазор с = 0,5-1,5 мм при штанцевании картона и зазор с= 1,5-2,0 мм при штанце — вании гофрокартона.

(6.52)

Высота пружинящих элементов h^ взаимосвязана с их твердостью: чем больше h0, тем меньше должна быть твер­дость. Оптимальным вариантом считается, когда высота пру­жинящих элементов на штанцевальном штампе одинакова. Правильный выбор высоты пружинящих элементов позволя­ет повысить и качество штанцевания, увеличить срок службы штампа.

Рис. 6.49. Схема расположения пружинящего элемента и режущего ножа

Выбор необходимой твердости резины зависит от схемы расположения рабочего инструмента на штампе и от вида и свойств штанцуемого материала.

Если расстояние между соседними режущими ножами меньше 8 мм, то рекомендуется использовать в качестве пру­жинящего материала резину твердостью от 40 до 60 ед. по Шору. Если это расстояние более 8 мм, то резина должна быть менее твердой — от 20 до 35 ед. по Шору.

Сплошная монолитная резина отличается высокой твер­достью и жесткостью. Из нее чаще всего изготавливают пру­жинящие элементы различного профиля в сечении.

22′

M I

Рис. 6.50. Пружинящий элемент трапецеидального сечения

Пружинящий элемент с сече­нием в виде равнобедренной тра­пеции с углом у основания 22° (рис. 6.50) характерен тем, что при сжатии форма его сечения преобразуется в прямоугольную, а боковое расширение отсутству­ет. Такие пружинящие элементы применяют между близко распо­ложенными режущими ножами.

Более сложную форму имеют пружинящие элементы с клы — кообразным сечением. Их используют между близко располо­женными биговальными и режущими ножами. Отрицательный угол наклона профильной боковой поверхности к плоской опор­ной поверхности «А» (рис. 6.51, а) выполняет две основные функ­ции. Во-первых, предохраняет картон от появления оттисков в районе краевой зоны биговальной матрицы при контакте с же­стким пружинящим элементом. Во-вторых, компенсирует (рис. 6.51, б) возникающие в процессе биговки в картоне значитель­ные растягивающие напряжения, ухудшающие качество резки. Особенно эффективно применение таких профилей в местах об­разования перемычек, удерживающих на листе заготовки ко­робки. Если расстояние I между режущим и биговальными но­жами меньше 10 мм, для изготовления профилей рекомендует­ся применять резину твердостью от 45 до 70 ед. по Шору. При расстоянии I > 10 мм для профилей используют более мягкие сорта резины твердостью от 35 до 55 ед. по Шору.

Рис. 6.51. Пружинящий элемент с сечением клыкообразной формы

Газонаполненная резина характеризуется меньшей твер­достью и жесткостью, поэтому из нее изготавливают пружиня­щие элементы преимущественно прямоугольного сечения. Ре­зина поставляется в виде листов, из которых нарезают пружи­нящие элементы требуемой ширины. Важным показателем качества резки является обеспечение вертикальности боковых стенок пружинящих элементов. Если одна из сторон резины имеет текстильную поверхность, часто называемую коркой, то пружинящий элемент должен быть приклеен к основанию штампа коркой вверх. В противном случае возможно прилипа­ние картона к пружинящему элементу.

Резина с открытыми ячейками, иначе называемая рези­ной с открытыми порами, отличается наименьшим значением бокового расширения Х^. При сжатии пружинящего элемента воздух выходит из открытых пор. При восстановлении воздух входит обратно в поры. Для процесса заполнения воздухом пор при обратном ходе штампа требуется определенное время, поэто­му такая резина не может применяться в высокоскоростных штанцевальных установках. Вместе с воздухом в поры попадает пыль, образующаяся в процессе штанцевания. Это приводит к постепенному увеличению жесткости резины с открытыми по­рами. Такую резину целесообразно использовать для штанцева­ния высококачественных сортов картона с наименьшим пылеоб — разованием. Основные свойства наиболее часто применяемых марок резин с открытыми ячейками для изготовления пружиня­щих элементов штанцевальных штампов приведены в табл. 6.19.

Резина с закрытыми ячейками по пружинящим и эжек — торным свойствам занимает промежуточное положение между сплошной монолитной резиной и резиной с открытыми ячей­ками. Наилучшим комплексом свойств обладают резины на ос­нове синтетического каучука. Замкнутые ячейки заполнены преимущественно воздухом, реже азотом. Усталость таких мате­риалов при многократном циклическом нагружении проявля­ется в остаточной деформации и сморщивании ячеек. При пре­вышении допустимой степени сжатия стенки ячеек могут лоп­нуть, разрушиться. Свойства основных марок резин с закрыты­ми ячейками, применяемых для изготовления пружинящих элементов штанцевальных штампов, приведены в табл. 6.20.

Вспененные полиуретаны имеют закрытые ячейки очень малых размеров — микроячейки, поэтому их часто называют микропористыми материалами. При сжатии они отличаются маленьким значением бокового расширения поэтому чаще всего пружинящие элементы из них используют между близко расположенными режущими ножами. Из микропористого по­лиуретана изготавливают бандажи для контрвалов роторных

Таблица 6.19

Основные свойства резин с открытыми ячейками для пружинящих элементов штанцевальных штампов [31]

Свойство	Марка резины
F1.20	F1.25	F1.35	F1.45
Условная твердость по Шору, ед.	20	25	35	45
Максимальная степень сжатия е. %	45	40	35	30
Скорость штанцевания, ч-1	6000	7000	8000	9000
Выносливость /V, тыс. циклов	800	1000	1250	1500
Гарантийный срок хранения, лет	2	2	2	2
Шганцуемый материал’	К, ГК, МГК	К, МГК	Тонкий К	К толщи­ной 6=0,35

‘ Условные обозначения: К — картон; МГК — микрогофрокартон; ГК — гофрокартон; Б — бумага.

Таблица 6.20

Основные свойства резин с закрытыми ячейками для пружинящих элементов штанцевальных штампов [31]

Свойство	Марка резины
ЕРОМ	NR, NR/E	N45	Neoprenne
Условная твердость по Шору, ед	12	20	25	9
Максимальная степень сжатия есж, %	60	50	40	80
Скорость штанцевания, ч-1	6000	9000	11000	13000
Выносливость N, тыс. циклов	250	800	1000	3000
Гарантийный срок хранения, лет	3	2	3	6
Штанцуемый материал	Б, К, МГК. ГК	Тонкий К, МГК	ГК*, удаление отходов	5-слой — ный ГК"

* Штанцевальный материал для плоских и ротационных штампов;

Для ротационных штампов.

Штанцевальных машин. Свойства микропористых полиурета — новых материалов типа Vulkollan и Vulkan (Германия), приме­няемых в качестве пружинящих элементов штанцевальных штампов, приведены в табл. 6.21.

В связи с тем, что штанцевание осуществляется в высоко­скоростном режиме, когда скорость штанцевания достигает 14 ООО ч"1, к штанцевальным штампам предъявляются высо­кие требования по их весовому и силовому уравновешиванию, являющемуся примером статической балансировки. В основу правил весового и силового уравновешивания положен прин­цип равенства моментов относительно осей симметрии штан­цевального штампа.

Правило весового уравновешивания: сумма моментов от веса всех рабочих инструментов и пружинящих элементов относи­тельно осей симметрии штанцевального штампа должна быть равна нулю:

2>р. п.(х) = 0.1

XMp. n.(y)=o. j (6-55)

Таблица 6.21

Основные свойства микропористых полиуретанов для пружинящих элементов штанцевальных штампов [31]

Свойство	Марка резины
RG 35	RG 45	RG 65	SLOT WHrTE 45
Условная твердость по Шору, ед.	25	35	55	40
Максимальная степень сжатия £ . %	50	40	30	30
Скорость штащевания, ч-1	11 ООО	13 000	14 000	11 000
Выносливость N, млн. циклов	3	5	6	3
Гарантийный срок хранения, лет	20	20	20	—
Шганцуемый материал	Все мате­риалы	Удаление мелких отходов ГК	Удаление отходов в Рота­ционных штампах	Удаление особо мелких отходов в Рота­ционных штампах

Для определения момента от веса конкретного рабочего инст­румента, например, режущего ножа, необходимо определить вес ножа Рн и координаты центра тяжести ножа (л^, ун) относитель­но осей симметрии штампа. Моменты от веса режущего ножа:

Щу) = Рн(Оу„). J

Если штанцевальный штамп оказывается неуравновешен­ным относительно какой-либо из осей, в конструкции штам­па предусматривают установку дополнительных компенсаци­онных ножей с требуемой суммой моментов от их веса. На рис. 6.52 показана конструкция штанцевального штампа с четырьмя компенсационными ножами относительно оси симметрии х.

Правило силового уравновешивания: сумма моментов от воз­никающих максимальных усилий сжатия пружинящих эле­ментов относительно осей симметрии штанцевального штам­па должна быть равна нулю:

Рис. 6.52. Штанцевальный штамп с компенсационными ножами относительно оси симметрии х

2>рсж(*)=0.1

SMP„(y)-0.J (6’56)

Максимальных значений усилия сжатия пружинящих эле­ментов достигают в конце прямого хода штампа при макси­мальной деформации в|СЖ. Моменты от усилий сжатия 1-го пру­жинящего элемента равны произведению его усилия сжатия Pi сж на соответствующие расстояния от осей симметрии до геометрического центра проекции его площади (лг<п, Yin):

М(х=Р1сж{Ох1и); М(у=Р1сж(Оу1пУ

Существует упрощенное и менее строгое правило силового уравновешивания: суммы площадей всех пружинящих элементов одинаковой высоты ho из одинакового материала относительно осей симметрии штанцевального штампа должны быть равными.

В случае силовой неуравновешенности штампа относитель­но какой-либо из осей в его конструкции предусматривают до­полнительные компенсационные пружинящие элементы с требуемой суммой моментов от усилия сжатия. Компенсацион­ные пружинящие элементы чаще всего изготавливают из ре­зиновых материалов с условной твердостью по Шору 25-30 ед.

При обратном ходе штампов за счет эжекторных свойств пру­жинящего материала картон удаляется с рабочего инструмента. Из эжекторных свойств наиболее важными являются усилие и время восстановления пружинящего материала. Следует стре­миться к тому, чтобы усилия восстановления в различных частях штампа были одинаковыми, а время восстановления пружиня­щих элементов до первоначальных размеров в недеформирован — ном состоянии не превышало времени обратного хода штампа.

Выбор оптимальной схемы расположения пружинящих эле­ментов. их геометрических размеров и материала является чрезвычайно сложной многофакторной задачей, требующей сочетания специальных знаний и большого практического опыта. Решают такие задачи с помощью компьютерных про­грамм, которые выбирают тип, марку требуемого материала, профиль сечения, геометрические размеры и схему располо­жения пружинящих элементов на штампе. Созданы автома­тизированные системы, совмещающие компьютерную про­грамму с установкой автоматической резки пружинящих эле­ментов тонкой струей воды. Такие системы позволяют тиражи­ровать штанцевальные формы с практически одинаковыми техническими характеристиками.

В процессе транспортировки и хранения резина под влия­нием многочисленных факторов (тепла, света, кислорода, влаги, агрессивных химических соединений и т. п.) подвер­жена процессу старения. Обычно при старении резин проте­кают реакции двух типов: деструкция и сшивание макромо­лекул. Старение резин приводит к значительному ухудше­нию их деформационных свойств как при сжатии, так при восстановлении, резкому снижению усталостной выносливо­сти и повышению жесткости. Состаренную резину нельзя применять в качестве пружинящих элементов штанцеваль­ных штампов, поэтому следует обращать особое внимание на правильные условия хранения резины, дату ее изготовления и гарантийный срок хранения.

Приклеивать резину к основанию следует рекомендованным клеем. Неподходящий клей может вызвать химические реакции, приводящие к ухудшению пружинящих и эжекционных свойств, снижению усталостной выносливости пружинящих элементов.

При необходимости хранить готовые штанцевальные штампы нужно в вертикальном положении, не допуская по­падания на них солнечного света. В сухом помещении рези­на стареет быстрее, чем во влажном. Но избыточная влаж­ность недопустима для фанерного основания штампа. Поэто­му необходимо поддерживать оптимальный температурно — влажностный режим помещения.

ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО

Типы сварных соединений и швов

Основными типами сварных соединений полимерных пленочных материалов являются стыковое, нахлесточное, Т-образное и угловое. Помимо геометрической характерис­тики способа сопряжения поверхностей тип сварного соеди­нения характеризует и форма кромок соединяемых деталей. Кромки могут быть прямыми, с односторонним или двусто­ронним скосом. Сварные швы характеризуют способом выполнения сварки, технологическими и конструктивными особенностями: одно­сторонняя или двусторонняя сварка, наличие одной или двух […]

ТАРА И ЕЕ ПРОИЗВОДСТВО

Ефремовы. Ф. Двадцатый век характерен бурным развитием науки и тех­ники. Как следствие, во многих отраслях промышленности пе­риодически возникают новые профессии, о которых раньше было трудно даже предполагать. По уровню производства ко­нец XX столетия несопоставим с началом и даже с серединой столетия. Поэтому совершенно естественным являются требо­вания к подготовке инженеров новых специальностей. По сво­ей сути инженеры […]

Биговка

Биговкой называют предварительное нанесение на мате­риал линий сгибов (бигов) в виде выдавленных канавок опре­деленного профиля. Биговка предназначена для снижения жесткости листовых заготовок по линии сгиба. Она значительно облегчает условия образования сгибов и является эффективным средством повы­шения качества складных коробок, особенно в условиях авто­матизированной сборки. Биговка представляет собой процесс местной вытяжки ма­териала и осуществляется по следующей […]