Технологические нагрузки в заготовительно-раскройном оборудовании

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ  ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 

«САМАРСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П.КОРОЛЕВА (национальный исследовательский университет)» (СГАУ)

 

 

ИНСТИТУТ  ПЕЧАТИ

 

КАФЕДРА ТЕХНОЛОГИИ И МАШИН ПОЛИГРАФИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

 

 

 

Лабораторная  работа №1

 

 

по дисциплине «Оборудование для производства рекламно-сувенирной и упаковочной  продукции»

на тему: «Технологические нагрузки в заготовительно-раскройном оборудовании»

Вариант №8.

 

 

 

                                                                            Выполнил: студент группы 8506 С 249

                                                                             Степанов Д.Ю.

                                                                             Проверил: Рыпало В.Н.

 

 

 

 

Самара 2013

Технологические нагрузки

в заготовительно-раскройном оборудовании

 

Теоретическая часть

При работе заготовительно-раскройного оборудования возникают технологические нагрузки от разрезки материалов: картона, бумаги, переплетных тканей и т.п. Для поперечной резки используются резальные устройства ножничного типа (нож-контрнож), для продольной – принцип ротационной резки дисковыми ножами. Ниже приведена методика определения технологических усилий, которые возникают при работе этих инструментов.

 

1. Технологические усилия

при ножничной резке плоскими ножами

При механическом разделении твердых материалов по принципу резки ножницами взаимодействуют  режущие кромки двух ножей. Расположение их может быть параллельным (например, при разрезке полос небольшой длины) и под углом – во всех других случаях.

В заготовительно-раскройном оборудовании обычно применяются ножи с наклонным расположением режущих кромок (рис. 4.9, а). Для этого случая усилие резания определяется по формуле

F = pl_p,                                                     (4.3)

где р – удельное усилие резания, которое зависит от вида материала, подлежащего разрезке, Н/мм; l_p – длина линии резания, которая определяется из зависимости l_p = s/sinφ, м: здесь s – толщина картона, мм; φ – угол наклона лезвия ножа, градус.

Тогда выражение (4.3) примет следующий вид:

,                                                  (4.4)

Величины  погонных сил резания для тонких видов картона приведены в табл. 4.2.

 

Таблица 4.2

Погонные  силы резания картона р (Н/мм)

Толщина картона s, мм	Расположение волокон
	поперек	вдоль
0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65	6,2 7,1 7,95 8,05 8,15 8,8 9,2	4,7 5,3 6,15 6,7 7,0 7,6 7,95

Для более толстых видов картона (от 1,0 мм и больше) можно рекомендовать  погонные усилия, рассчитанные применительно  к картонорубилке: р = 30–90 Н/мм (при φ = 10° и угле заточки ножа β = 30–80°).

Как видно  из выражения (4.4) на величину усилия резания значительное влияние оказывает угол наклона ножа φ. На рис. 4.9, б показана зависимость усилия резания при ножничной резке от этого параметра. Как видим, увеличение φ свыше 2° несущественно влияет на уменьшение усилия резания. Имеет значение также угол установки ножей α при резании (рис. 4.9, в). Данные, приведенные в табл. 4.3, дают основание сделать вывод: увеличение угла α от 0° до 9° ведет к уменьшению погонного усилия резания в 3–5 раз. Углы заточки β принимают в зависимости от жесткости материала в границах от 25° до 85°.

 

Таблица 4.3

Погонные  усилия при резке материалов (Н/мм)*

Материал, масса 1 м2	Углы наклона верхнего ножа, α
	0°	3°	6°	9°
Картон хром-эрзац, 400 г	14-19	8-11	5-7	5-7
Коробочный картон, 400 г	15-18	8-10	4-5	4-5
Газетно-макулатурный картон, 1400 г	20-30	12-14	7-8	7-8
Офсетная бумага, 90 г, 25 листов	12-16	6-8	3-5	3-5
Писчая бумага, 90 г, 30 листов	13-21	9-11	4,5-6	4,5-6

* Примечание. Данные приведены как пример  влияния угла α, для расчетов  их использовать не рекомендуется.

Рис. 4.9. Схемы резки листовых материалов: а, в – геометрические параметры

при резке ножничным способом, б – зависимость усилия резки

от угла наклона ножа, г, д – резка дисковыми ножами

 

2. Технологические усилия при резке  дисковыми ножами

Процесс резки листовых материалов дисковыми  ножами при их перекрытии состоит  из трех основных фаз (рис. 4.9, г):

• вдавливание кромок ножей в материал с уплотнением первичной структуры при наличии преимущественно упругих деформаций верхнего слоя (позиция I);

• прогиб внешних слоев материала при наличии преимущественно пластических деформаций (позиция II);

• деформация среза по всему сечению материала (позиция III).

Процесс резки осуществляется при наличии  одновременно всех фаз на разных участках разреза и сопровождается возникновением соответствующих технологических  усилий: усилия упругого вдавливания F₁, усилия пластичного изгиба F₂ и усилия резки со сдвигом слоев F₃. Усилие резки будет суммарной величиной

F = F₁ + F₂ + F₃.

Рассмотрим  зону резки в увеличенном виде (рис. 4.9, д), когда верхний нож с осью О₁ врезается в верхние слои материала по кривой АС (явления при врезке нижнего ножа будут аналогичны). Вращению дисковых ножей в каждое мгновение противодействует сопротивление не по всей площади сечения материала, а только его части. Для устоявшегося процесса резки эту площадь можно представить в виде фигуры ABC. Для определения полного усилия резки выделим элементарный участок шириной dx, расположенный на расстоянии х от линии АВ. Величина элементарного усилия резки, приходящегося на эту площадь, будет равняться

df_x = q_xdx,

где q_x – усилие резки, действующее на единицу длины горизонтальной проекции дуги АС.

Глубина относительного надреза в этом месте

или

где α – угол между радиусом ножа R в точке контакта с картоном и вертикалью, то есть <АО₁О₂.

Величина tgα определяется следующим отношением:

где R – радиус дискового ножа, мм; s – величина перекрытия дисковых ножей, мм.

Подставляя  значение х в уравнение , получим

где τ_ср – среднее значение сопротивления резке картона (в зависимости от сорта картона 4–12 Н/мм²); ε – относительная глубина надреза перед началом конечного скалывания, выражающая отношение той части картона, которая подвергается срезке, к толщине картона a (в зависимости от плотности картона эта величина составляет 0,4–0,6).

Значение  величин τ_ср и ε определены экспериментально для разных картонов в зависимости от величины р = m/a, которая выражается массой 1 м² картона условной толщины в 1 мм (в зависимости от сорта картона р = 0,4–0,8 кг/мм), m – масса 1 м² картона, a – его толщина в мм (см. табл. 4.4).

 

Таблица 4.4

Зависимость параметров резки τ_ср и ε от величины р

Масса 1 м2 картона р, кг/мм	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Сопротивление срезу τср, Н/мм2	4,4	6,5	8,0	10,0	12,0
Относительная глубина надрезки ε	0,45	0,5	0,57	0,6	0,62

 

С учетом количества пар ножей п и коэффициента затупления их кромок К = 1,7 получим окончательно

                                            (4.5)

Модели  заготовительно-раскройного оборудования

Длительное  время на предприятиях применялись  листорезальные машины производства Ходоровского ЗПМ: 2ЛР1-120, 2ЛР2-120, 2ЛР4-120 (вторая цифра указывает количество одновременно установленных рулонов, 120 – максимальная ширина рулонов в см). Во многих типографиях используется бывшее в употреблении оборудование из-за его относительной дешевизны.

 

Практическая  часть

Вариант №8.

Кол-во пар ножей, n	Толщина картона, a мм	Величина перекр. ножей, s мм	Масса картона, m кг	Радиус дисков ножей, R мм
4	2,1	0,9	2,5	85

Сначала определим  показатель массы картона

p = m/a = 2,5/2,1 = 1,2 кг/мм.

Из табл. 4.4 для этой плотности τ_ср = 20 Н/мм² и ε = 0,7.

Определяем  величину tgα

Подставляем найденные величины в формулу (4.5). Следовательно, усилие резки четырьмя парами резальных ножей

 Н.