Высечкой (в терминах холодной штамповки — просечка) называют разделение листовых неметаллических материалов главным образом по замкнутому наружному или по внутрен­нему контуру.

Высечка предназначена для придания заготовкам изделий из листовых материалов сложной конфигурации в соответ­ствии с их конструкцией [6]. Одинаковый с высечкой вид де­формаций материала характерен для родственных операций отрезки и надрезки. Отрезкой называют отделение материа­ла от заготовки по незамкнутому контуру. Надрезкой — час­тичное отделение материала по незамкнутому контуру без удаления отделяемой части.

Процесс высечки можно представить в виде трех последова­тельных стадий деформации (рис. 6.22). Находящийся на неде — формируемой жесткой матрице 1 листовой неметаллический материал 2 в зоне между прижимами 3 под действием прило­женного к ножу 4 усилия высечки Р прогибается. Величина про­гиба оказывает заметное влияние на точность размеров заго­товки и зависит от толщины материала 2 и его упругих свойств, расстояния между прижимами 3. состояния режущей поверх-

A б в

Ности и угла заточки ножа а. На первой стадии упругих дефор­маций напряжения в материале не превосходят предела упру­гости. Для полимерных материалов упругие деформации г^ мо­гут достигать 3-5%. На второй стадии пластической деформа­ции напряжения в материале превышают предел текучести и постепенно возрастают, достигая максимума, соответствующе­го сопротивлению материала срезу. Наибольшие деформации сдвига расположены в плоскости скольжения, начинающейся у острия режущей кромки ножа. Для полимерных материалов вторая стадия носит характер вынужденных высокоэластичес­ких деформаций. Они могут достигать 100% и более. На этой стадии нож вдавливается в материал на 0,2-0,5 его толщины в зависимости от твердости и пластичности. На материал начи­нает действовать боковое распирающее усилие Т.

Т = Р tg-. В2

В этих условиях в плоскости скольжения происходит обра­зование микро-, а затем и макротрещин 5. На третьей стадии разрушения наиболее опасная макротрещина стремительно переходит в магистральную трещину 6, вызывающую лавин­ное хрупкое разрушение и отделение одной части материала от другой. На срезанной кромке листа различают две зоны — блестящую, соответствующую пластической стадии, и мато­вую зону хрупкого лавинного разрушения.

Необходимое для высечки усилие Р зависит от перимет­ра развертки коробки Пк, толщины ^ и механических свойств материала (аср), усилия сжатия прижима QIIp:

P = UKSMocp + Qnp.

Учитывая побочные явления при высечке, неравномер­ность толщины материала и затупление режущих кромок, тре­буемое усилие высечки принимают больше расчетного с попра­вочным коэффициентом 1,3-2,0.

Долговечность ножей, характеризующая длительность со­хранения требуемой остроты, определяется оптимальным со­отношением целого комплекса факторов: материала ножа, его
геометрической формы, угла и качества заточки, твердости режущей кромки, состоянием режущей поверхности, свой­ствами высекаемого материала и т. д.

Отечественные ножи для высечки изготавливают из по­лос высокоуглеродистой стали марки У8. Для повышения дол­говечности режущую часть закаливают до твердости HR<, = 55- 58. Наиболее распространена односторонняя заточка с пря­молинейной фаской. Угол заточки для картона а = 21-22°, для картона с полимерной пленкой а = 23-24°. При высечке заготовки изделия по периметру ножи устанавливают фас­кой наружу, в сторону обрезков. При высечке отверстий в за­готовке ножи размещают фаской внутрь, в сторону удаляемой части материала. Однако такая форма заточки не является оптимальной. Во-первых, в процессе высечки на фаску ножа действует сила реакции материала в направлении, противо­положном боковому распирающему усилию Т. Она достигает значительной величины, поскольку напряжение сжатия бу­маги, картона и полимерных материалов на второй стадии высечки под лезвием ножа превышает 200 МПа. Эта неурав­новешенная сила реакции создает в теле ножа изгибающие напряжения, которые в условиях высокоскоростной много­цикловой высечки сокращают срок его эксплуатации. Во-вто­рых, на фаску ножа со стороны высекаемого материала дей­ствует сила трения, приводящая при скоростном многоцикло­вом нагружении к изменению геометрии фаски и затупле­нию ножа. В-третьих, ножами с односторонней фаской слож­но получить высокую точность размеров высекаемых дета­лей, особенно при использовании ламинированных материа­лов. Отмеченные недостатки значительно уменьшаются при использовании односторонней заточки с двойной прямоли­нейной фаской (рис. 6.23). Ножи с односторонней заточкой предпочтительны для высечки заготовок со сложным конту­ром. Более высокие эксплуатационные характеристики отли­чают ножи с двусторонней заточкой с прямолинейной фас­кой. Самыми лучшими свойствами обладают ножи с двусто­ронней заточкой с двойной прямолинейной фаской. Для вы­сечки материалов толщиной до 2 мм следует отдавать пред­почтение ножам с прямолинейной фаской. При высечке бо-

Лее толстых материалов могут возникать дополнительные проблемы со съемом высеченного материала с ножа. В этом случае преимущество имеют ножи с двойной прямолинейной фаской. Вполне понятно, что каждый более совершенный профиль заточки ножей сложнее выполнить технически, по­этому он является и более дорогим. Целесообразность выбора соответствующего профиля заточки ножей должна быть под­тверждена технико-экономическим анализом.

На российском рынке широко представлены режущие ножи ведущих мировых производителей — MARTIN MILLER (MM), GNU PENTRA (GNU), ESSMANN + SCHAEFER (E + S) и др. [47. 511.

Экспортируемые ножи представляют практически все при­меняемые для высечки геометрические профили режущей ча­сти: с одно — и двусторонней заточкой, с прямоугольной и двой­ной прямолинейной фаской. Условные обозначения различ­ных профилей ножей приведены в табл. 6.4. Их поставляют в виде узких полос толщиной от 0,4 до 2 мм и длиной до 1 м, по­этому за внешнюю схожесть их часто называют режущими ли­нейками. Они отличаются очень высокой точностью геомет­рических размеров (см. табл. 6.5). Стандартной считается вы­сота Нот 22,8 до 24,1 мм, допуск на отклонения высоты состав-

Профили ножей для высечки

Таблица 6.5

Допустимые отклонения геометрических размеров ножей для высечки по DIN 1544 Р и ориентировочный вес 100 м при стандартной высоте Н = 22,8-24,1 мм

Ляет ±0,02 мм. Наиболее часто на практике используются ножи высотой И = 23.8 мм. В случае необходимости можно применять специальные ножи большей высоты: 25,4; 28,6; 30; 33,5; 35; 40; 50; 60; 70; 80; 90 и 100 мм.

Толщину принято измерять в пунктах (п) и миллиметрах (мм): 1 п = 0,351 мм. Ножи толщиной 0,4, 0,5 и 0,71 мм высотой 8 и 12 мм применяют для высечки этикеток. Для высечки кар­тона используют, как правило, ножи толщиной 0,71 мм. Вы­сечку коробок из гофрокартона и других многослойных ма­териалов осуществляют более толстыми ножами. Наиболее распространенный угол двусторонней заточки а составляет 52-54°. При высечке на каждый погонный метр длины тако­го ножа прикладывается усилие около 1 т. Снижают усилие высечки уменьшением угла а. В Японии чаще всего приме­няют ножи с а = 42°, при этом усилие высечки снижается на 20-25%. В ножах с двойной прямолинейной фаской угол Р = 4°. В Европе ножи с а = 42° используют преимущественно для высечки ламинированных материалов, содержащих слои полимерных пленок.

Состояние режущей поверхности определяет способ заточ­ки. Чем выше чистота поверхности, тем долговечнее нож и выше качество высечки. Заточку ножей выполняют Двумя Способами: протяжкой, условно обозначаемой ММ, и шлифова­нием, обозначаемым SL [46, 53].

Протяжкой называется способ обработки металлов давле­нием в холодном состоянии, приводящий к изменению разме­ров заготовки путем уменьшения ее поперечного сечения при неизменном объеме материала. Протяжку режущей поверхно­сти ножей осуществляют на специальных автоматах, пропус­кая заготовку между расположенными под углом вращающи­мися валиками в несколько переходов с изменяющимися уг­лом и зазором между валиками. Получаемый профиль отлича­ется высокой точностью размеров. Протяжкой формуют только прямолинейный тип фаски у стальных заготовок, обладаю­щих высокой пластичностью. Подвергнутая протяжке область материала вследствие упрочнения (наклепа) имеет повышен­ные прочностные характеристики и твердость, а также повы­шенное сопротивление деформированию. Заточенные про­тяжкой ножи характеризуются низкой стоимостью.

В процессе протяжки на режущей поверхности ножей воз­никают продольные риски от формообразующих валиков. Ори­ентация таких рисок перпендикулярна направлению движе­ния ножа при высечке, что снижает качество реза, долговеч­ность ножей и способствует образованию пыли (рис. 6.24).

Шлифованием называется способ обработки поверхности абразивным инструментом, приводящий к изменению разме­ров и формы заготовки за счет удаления слоя обрабатываемого материала. Шлифование осуществляют на шлифовальных станках шлифовальными абразивными кругами со специаль­ными профилями, обеспечивающими получение деталей сложной конфигурации. Шлифованием можно обрабатывать

Стальные заготовки повышенной твердости и прочности, в том числе подвергнутые специальной закалке. Этим способом по­лучают любые профили ножей с гораздо более высокой чисто­той поверхности фаски, чем при протяжке. Имеющиеся на ре­жущей поверхности неглубокие риски от абразивного инстру­мента ориентированы по направлению движения ножа при высечке, поэтому они практически не отражаются на качестве реза и не снижают долговечности ножей (рис. 6.25).

С точки зрения твердости к ноисам предъявляются проти­воречащие друг другу требования. С одной стороны, твердость режущей поверхности должна быть максимальная: чем выше твердость режущей кромки, тем долговечнее нож. С другой стороны, ножи должны обладать высокой пластичностью для обеспечения требуемых остаточных деформаций в процессе гибки с целью получения сложной конфигурации, соответству-

II

Ющей развертке высекаемых деталей. Известно, что с повыше­нием твердости сталей увеличивается их жесткость и умень­шается пластичность. Разрешается эта проблема за счет раз­ной твердости тела ножа и его режущей части. Высокая твер­дость режущей части обеспечивается либо в процессе протяж­ки вследствие наклепа, либо путем местной закалки режущей части ножа.

Тело ножей имеет тонкий поверхностный слой толщиной 0,02-0,03 мм с пониженным содержанием углерода. Этот слой придает телу ножа повышенную мягкость и эластичность, спо­собствует процессу гибки ножей без образования складок ма­териала и поверхностных микротрещин.

Самой высокой пластичностью обладают ножи со средней твердостью тела и твердостью режущей части 35 после протяжки (табл. 6.6). Их можно сгибать на максимальный угол 90°. Более твердые ножи (№ 3 и № 4) имеют заметное уменьшение деформационной способности. Местная закалка позволяет повышать твердость режущей части до 53 Н!^ при сохранении средней твердости тела ножа. Такие ножи выпус­кают, например, фирма ММ под торговой маркой Viking FLEX 40 HF. Ножи самого высокого качества, выпускаемые под мар­кой Viking FLEX 34 HP Starcut, имеют более жесткие допуски на отклонения по высоте (±0,01 мм) и дополнительное микро­напыление на режущих фасках, что значительно повышает качество высечки, особенно для многослойных полимерных материалов.

Таблица 6.6

Твердость ножей для высечки

Ножи с незакаленной режущей кромкой с твердостью от 35 до 49 HRc (№ 2-4, типа ММ фирмы ММ) имеют тиражестой — кость от 20 тыс. до 500 тыс. резов. Закалка режущей кромки до 53 HRc повышает тиражестойкость ножей до 100 тыс. — 1 млн. резов.

Закалку режущей кромки ножей осуществляют электроин­дукционным методом, а также с помощью обработки лазер­ным лучом и плазмой. Толщина закаленного слоя не должна превышать 22-25 мкм. в противном случае при гибке ножа ре­жущая кромка сломается [46).

Фирма ММ разработала технологию закалки реясущей кром­ки ножей до твердости 61-63 HR^ В процессе обработки плаз­мой при Т= 4000°С происходит расплавление вершин микроне­ровностей режущей поверхности. Такие ножи, выпускаемые под маркой HP, имеют гладкую режущую поверхность, образуют го­раздо меньше пыли при производстве упаковки и отличаются повышенной тиражестойкостью. до 2 млн. резов [51].

Микронапыление на режущие фаски ножей осуществляют твердыми сплавами. Это повышает чистоту поверхности фа­сок. увеличивает срок службы ножей. Наиболее дорогое и вы­сококачественное — покрытие из сплавов на основе молибде­на. Покрытия из сплавов на основе нитридов титана (золотис­того цвета) дешевле примерно на 30%, но такие покрытия не устраняют, а практически полностью повторяют дефекты по­верхности режущих фасок [47].

Отделение деталей от отходов про­изводят не в высекальных машинах, а в последующих за ними специаль­ных установках. Для обеспечения транспортировки к этим установкам при высечке предусматривают систе­му тонких перемычек между деталя­ми и отходами. Перемычки образовы­ваются на месте прорезей прямоу­гольной формы в режущей части но­жей (рис. 6.26), часто называемых за­сечками. Ширину этих прорезей а,
равную ширине перемычек, в зависимости от площади конфи­гурации развертки детали устанавливают для картона от 0,4 до 1 мм, для гофрокартона — от 1 до 3 мм. Птубина прорезей Ь примерно на 0,2 мм должна превышать толщину высекаемого материала. Выполняют такие прорези специальными шлифо­вочными машинами с использованием калиброванных по раз­мерам шлифовальных кругов. Фирма «Channel», к примеру, выпускает два типа легких компактных специальных шлифо­вочных машин, обеспечивающих строгую вертикальность и постоянство ширины на всю глубину получаемых прорезей. Машина типа AG с высокоскоростным малошумящим пневма­тическим двигателем комплектуется набором шлифовальных кругов следующих толщин: 0,4; 0,5; 0,7; 0,8; 1 и 1,2 мм. Маши­на типа TMPOl имеет два варианта двигателей: пневматичес­кий и электрический. На нее можно устанавливать шлифо­вальные круги толщиной от 0,3 до 3 мм [46].

Некоторые материалы при высечке могут образовывать ост­рые кромки, опасные для пользователя упаковки. В этом случае применяют волнистые ножи. По высекаемому профилю разли­чают волнистые с периодически повторяющейся симметричной волной и с хаотичной несимметричной волной. Наиболее часто применяемая высота волнистых ножей от 22,8 до 23,8 мм. Ножи с симметричной периодически повторяющейся волной выпуска­ют двух видов — А и В. Вид А представляют ножи с волной. прохо — дящей через все тело. Их изготавливают из стали средней твер­дости около 35 HF^. толщиной SH = 2П = 0,71. У ножей вида В вол­на выполнена только на режущей кромке. Ножи с симметричной волной вида Вис хаотичной волной выполняют из сталей сред­ней твердости 35 HR^ и твердых 40 HF^ толщиной Sn = 0,71 мм и SH = 1,05 мм. Основные геометрические параметры профиля но­жей с симметричной волной приведены в табл. 6.7.

6.4.1.2. Рицовка

Рицовкой (от нем. ritzen — царапать) называют неглубокий надрез поверхности заготовки.

По своей сути рицовка схожа с процессом высечки, но за­канчивается на ее второй стадии — пластических деформа­
ций. Рицовку выполняют рицовочными ножами несколько меньшей высоты (22,6-23,6 мм), чем у ножей для высечки. Профиль режущей части рицовочных ножей — двусторонняя заточка с прямолинейными фасками. Их изготавливают из сталей различной твердости: средней (35 HRJ, твердых (40 HRJ и очень твердых (49 HRJ. толщиной 0,71, 1,05 и 1,42 мм.

Для выполнения рицовки в местах клеевого скрепления коро­бок, обеспечивающей быстрое проникновение клея в надрезан­ный поверхностный слой материала и, как следствие, значи­тельное повышение прочности клеевого соединения, фирма E+S разработала специальную конструкцию ножа. Режущая поверх­ность имеет прорези шириной, равной длине режущей части. Образованные таким способом режущие зубчики развернуты под углом друг к другу (рис. 6.27), поэтому рицовка получается в

Виде прерывистой змейки с макси­мальной амплитудой 5 мм. Такие рицо- вочные ножи выпускают с размерами прорези и режущей фаски соответ­ственно (в п): 2:2; 3:3; 2:4; 4:4.

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 […]