1. Technologie plošného tváření - stříhání

    2. 6.1. Princip stříhání
     6.2. Výpočet síly a práce

      6.2.1. Výpočet síly a práce pro rovnoběžné nože
      6.2.2. Výpočet síly a práce pro šikmé nože
    6.3. Rozdělení stříhání
      6.3.1. Stříhání rovnoběžnými noži
      6.3.2. Stříhání šikmými noži
      6.3.3. Stříhání kruhovými noži
      6.3.4. Stříhání noži na profily a tyče, trubky
    6.4. Přesné stříhání
      6.4.1. Stříhání bez vůle
      6.4.2. Stříhání s přidržovačem
      6.4.3. Stříhání s nátlačnou hranou
      6.4.4. Reversní stříhání
      6.4.5. Stříhání se zápornou vůlí a na lisech ESSA
      6.4.6. Stříhání s přistřihováním a vibrujícím střižníkem
    6.5. Nástřihové plány
     6.6. Nástroje pro stříhání
      6.6.1. Jednoduché střižné nástroje
      6.6.2. Postupové střižné nástroje
      6.6.3. Sloučené a sdružené střižné nástroje
    6.7. Speciální způsoby stříhání
      6.7.1. Stříhání pomocí pryže
      6.7.2. Stříhání se zvýšenou rychlostí

6. technologie plošného tváření - Stříhání

  Stříhání je nejrozšířenější operací tváření. Používá se jednak na přípravu polotovarů (stříhání tabulí nebo svitků plechů, stříhání profilů, vývalků, apod.) , jednak na vystřihování součástek z plechu buď pro konečné použití nebo pro výrobky na další technologie (ohýbání, protlačování, tažení, atd.) a jednak na dokončovací a nebo pomocné operace. Kromě klasického stříhání existují i další operace, které se nazývají podle způsobu odstraňování materiálu. Patří sem děrování, vystřihování, ostřihování, přistřihování, atd.

  Stříhání se může podle teploty procesu dělit:

  • na stříhání za studena - jen pro měkčí oceli (do pevnosti 400 MPa) a nebo pro plechy,
  • na stříhání za tepla - pro tvrdší a tlustší materiály při ohřevu asi na teplotu 700 oC

 

6.1. Princip stříhání

  Stříháním je oddělování části materiálu působením protilehlých řezných hran způsobujících v řezné rovině smykové napětí. Princip stříhání je ukázán na obrázku. Stříhání probíhá ve třech fázích.


Princip stříhání pomocí střihadla

  V první fázi je oblast pružných deformací, kdy se materiál stlačuje a ohýbá a vtlačuje se do otvoru střižnice. Druhou fází je oblast plastických deformací. Střižník se vtlačuje do plechu a ten do otvoru střižnice a napětí překračuje mez kluzu a na hranách střižníku a střižnice se blíží mezi pevnosti. Ve třetí fázi začínají na hranách vznikat trhlinky, ty se rozšiřují až dojde k utržení (usmýknutí) materiálu.

  Výstřižek se oddělí dříve, než projde střižník celou tloušťkou stříhaného materiálu a následně je výstřižek vytlačen. S ohledem na to nejsou okraje střihových ploch zcela rovinné a střižná plocha má určitou drsnost, která není v ploše rovnoměrně rozdělená. Místa, kde došlo k prvnímu výskytu trhlin, jsou drsnější, než ostatní střižné plochy. Oddělení však nenastane přesně v žádané rovině a to proto, že materiál je elastický, tvárný a napětí způsobuje tlak nožů na celé ploše – podle toho rozeznáváme na odstřihnuté ploše různá pásma.

  Stříhání je tedy jedinou tvářecí operací, která směřuje k žádoucímu porušení materiálu. Při výpočtu tvářecích sil se to projeví tím, že zde použijeme meze pevnosti místo meze kluzu.


Deformační pásma při stříhání
1 – pásmo zaoblení (elastická deformace), 2 – pásmo utržení, 3 – pásmo smyku (plastické deformace), 4 – pásmo odtlačení


Kvalita střižné plochy pro různou velikost střižné mezery

 

6.2. Výpočet síly a práce

6.2.1. Výpočet síly a práce pro rovnoběžné nože

  V důsledku mezery mezi střižníkem a střižnicí střižné síly nepůsobí při skutečném procesu ideálně v jedné rovině, kdy střižná síla Fs se rozkládá na složku třecí (T) a normálovou (F), což způsobuje jednak vznik ohybových momentů a jednak vznik jednotlivých pásem na konečném výrobku nebo polotovaru.

  Moment Mp = F . a se snaží materiál natočit, čemuž je možné zabránit použitím přidržovače, klopný moment MT = T . b je možno zmenšit zvětšením úhlu čela g. Sílu přidržovače určíme ze vztahu F . a = Fp . c, kde a je 1,5 až 2 násobek střižné mezery (a je označena jako z). Složka síly T se snaží od sebe nože oddálit a nastává jejich ohyb (nebezpečí zlomení).


Princip a silové působení u střihu s rovnoběžnými noži
1 – horní pohyblivý nůž, 2 – dolní pevný nůž, 3 – přidržovač, 4 – stříhaný materiál

Velikost střižné síly při střihu s rovnoběžnými noži se vypočítá ze vztahu:

Fs = (1,1 ¸ 1,3) . O . s . ts

kde         s  … tloušťka plechu [mm],
              O … střižný obvod [mm],
              ts … napětí ve smyku, střihová pevnost - ts = 0,8 . Rm [MPa],
               S … plocha průřezu ve střižné rovině - S = O . s [mm2].


Průběh síly při stříhání rovnoběžnými noži s ukázkou vlivu střižné mezery na průběh střižné síly F a velikost práce A

  Protože napětí ve smyku, střihová pevnost, je hodnota závislá od poměrného vtlačení nože do materiálu, vzorec nebude platit v plném rozsahu střižného procesu, ale střižná síla se bude měnit od nuly po určité maximum a zpět na nulu, což závisí samozřejmě na tloušťce materiálu, méně na střižné mezeře. Při skutečném stříhání nevzniká čistý smyk, ale kombinované namáhání, nože se otupují, proto se skutečná střižná síla zvýší o 10 až 30 %. Střižná práce se bude rovnat ploše pod křivkou a je závislá na střižné mezeře.

A = Fs . k . z

               kde                 k      … koeficient zaplnění plochy pod křivkou
                                     z       … zdvih [mm].

6.2.2. Výpočet síly a práce pro šikmé nože

  Pro výpočet střižné síly a práce potom platí analogický vzorec, vztažený na plochu trojúhelníka ve tvaru

Fs = (1,1 ¸ 1,3) . s . b . ts = (1,1 ¸ 1,3) . s2 . ts / tg j

               kde                s     … tloušťka plechu [mm],
                                    b     … délka střihu – b = a / tg j [mm],
                                   j       … úhel střihu, uhel sklonu nožů (2 až 6o pro tabulové nůžky, 7 až 20o pro pákové nůžky)
                                     ts    … napětí ve smyku - ts = 0,8 . Rm [MPa].

A = Fs . k . z = Fs . k . b . tg j

              kde                k     … koeficient zaplnění plochy pod křivkou
                                   z … zdvih [m].

  Vypočítaná síla zůstává konstantní, když nastane záběr nože v celé tloušťce. Velikost střižné síly začne klesat, když nože odchází ze záběru a nakonec klesne na nulu. Potřebná velikost práce se vypočítá ze vztahu a je opět rovna ploše pod křivkou. Při porovnání střižné síly a velikosti práce při stříhání rovnými a šikmými noži je jasně patrné, že stříhání se šikmými noži je výhodnější, neboť pro stejnou tloušťku plechu a délku střihu je potřeba mnohem menší síla, než u rovných nožů, ale na druhé straně budeme stříhat po delší dráze. Zmenšení střižné síly podstatně zmenšuje rázy.


Porovnání průběhu střižné síly a velikosti práce při stříhání rovnými a šikmými noži (vlevo nahoře) a vliv úhlu zešikmění na průběh síly a velikosti práce (vlevo dole) s vyjádřením průběhů pro zkosení 0, 1/3 H a H = s (vpravo – plná čára je pro normální střih, šrafovaná čára pro přesné stříhání)

 

6.3. rozdělení stříhání

Podle konstrukce nožů (střižníků) se stříhání dělí na:

6.3.1. Stříhání rovnoběžnými noži

  Ke stříhání rovnoběžnými noži se používá střižný nástroj, který se skládá ze střižníku a střižnice mezi kterými je střižná vůle, resp. střižná mezera ms (1/2 střižné vůle). Nelze totiž bez zvláštních úprav postavit nástroj bez mezery kvůli nebezpečí havárie. Na docílení kvalitního výstřižku je důležitá optimální vůle mezi střižníkem a střižnicí. Jednostranná vůle bývá od 3 do 10 % tloušťky plechu v závislosti na tloušťce a pevnosti materiálu (s rostoucí pevností se vůle zvětšuje).


Schéma stříhání pomocí střižného nástroje (SK – střižník, SC – střižnice)

 

6.3.2. Stříhání šikmými noži
  Stříhání šikmými, skloněnými, noži, které při stříhání svírají určitý úhel je výhodné proto, že se při tomto způsobu zmenší celková potřebná střižná síla oproti stříhání na rovných nožích. Materiál se stříhá postupně. Pro velikost střižné síly bude rozhodující velikost střižné hrany a tloušťky - plochy trojúhelníka.


Stříhání skloněnými, šikmými, noži
(1 – horní pohyblivý nůž, 2 – dolní pevný nůž, 3 – stříhaný materiál)

  Podobně jako u jednoduchého rovného stříhání je i v tomto případě průběh okamžité síly možno regulovat, i když naproti tomu se celková práce, vynaložená na stříhání, nezmenší. U nástrojů,  střihadel, složených ze střižníku a střižnice, používaných pro dva nejrozšířenější způsoby stříhání, tj. děrování a vystřihování, to lze provést dvěma způsoby:


Porovnání délky střihu při stříhání rovnými, resp. šikmými noži


Úpravy střižníku a střižnice (a – rovný střih, b – jednostranné zkosení střižníku, c, d – oboustranné zkosení střižníku, e, f – zkosení střižnice, f - stupňovité uspořádání střižníků)


Stupňovité uspořádání střižníků

  Střihadla se zkoseným ostřím používáme tehdy, když chceme zmenšit střižnou sílu, která je větší jak síla lisu. Na vystřihování se zkosení dělá oboustranné a to na střižnici, výrobek je rovný, odpad ohnutý. Způsob oboustranného zešikmení vyrovnává síly na střižníku a nevychyluje jej z osy. Jednostranné zkosení střižníku se používá jen pro nastřihování. U děrování je střižnice rovná a střižník zkosení, výrobek je rovný, odpad ohnutý. Při stříhání složitých tvarů se nedoporučuje provádět zkosení ostří.

  Do šikmého střihu počítáme i pákové nůžky, jejichž nože se pohybují úhlových sklápěním. Protože sklápěním přímkových nožů se úhel λ mění, staví se často pákové nůžky s jedním nebo oběma noži obloukovými, takže úhel λ zůstává po střižné čáře konstantní.

  Zvláštním způsobem stříhání se skloněnými noži je tahaný střih, kdy úhel střihu (tažení) f je roven 2 až 10o a tento způsob je používaný pro stříhání vláknitých látek, kde se sníží střižná síla až o 20 % při úhlu f = 70o.


Stříhání materiálu tahaným střihem
(1 – východisková poloha pohyblivého nože, 2 – poloha pohyblivého nože při střihu, 3 – dolní pevný nůž, 4 – stříhaný materiál)

 

6.3.3. Stříhání kruhovými noži
   Pro podélné střihání dlouhých pásů se staví nůžky kotoučové, kruhové. Je to střižný nástroj s odvalujícími se noži. Použití kruhových nožů prodlužuje čas střihu, ale snižuje rázy při stříhání. Sklon řezné hrany se mění od nejvyšší hodnoty v místě záběru do nuly. Kombinace dvojkuželového a válcového nože je určená pro střih zakřivených tvarů, s výhodou skloněných os nástrojů. Na křivkové stříhání je potřeba zvolit průměr nožů co nejmenší. To umožňuje konstrukci nůžek s dlouhými rameny nesoucími kotouče, a tím i snadnou manipulaci se střihaným materiálem. Speciálním nástrojem jsou kmitací nůžky. Slouží k ostřihování výlisků a k vystřihování drážek a děr. Maximální tloušťka materiálu je kolem 10 mm.


Kotoučové nůžky při stříhání pásů


Křivkové nůžky s různým uspořádáním nožů

 

6.3.4. Stříhání noži na profily a tyče, trubky
  Často se stříhá také profilový materiál, čtvercový, kruhový, profily, atd. Zatímco příčný průřez funkčních částí nástrojů zůstává ve všech případech zhruba beze změny, mění se podélný tvar podle účelu střihu.


Nože na stříhání profilu
(1 – střižník, 2 – pohyblivý nůž, 3 – pevný nůž, 4 – stříhaný profil, 5 – směr pohybu nože)

  Při stříhání jakéhokoliv profilového materiálu platí zásada, aby přestřihovaná tloušťka v každém okamžiku byla téměř stále stejná. Této zásadě se potom přizpůsobuje obrys pohyblivého nože. Na obrázku je ukázán tvar nože pro stříhání profilů a tvar nožů určený jednak pro stříhání čtvercových profilů, jednak tvar nožů pro stříhání kulatiny. Při šikmém posuvu pohyblivé části nástroje se docílí rovnoměrnějšího průběhu střižné síly v závislosti na zdvihu, než kdyby se volil pohyb nože podle některé z os průřezu.

  Při střihání trubek, při jejich pokud možno minimálním zdeformování, má pohyblivá část nástroje tvar oblouků zakončených špičkou. Zašpičatělá část nejprve trubku propíchne, boky potom trubku střihají tak, že výslednice sil na břitu směřuje kolmo vůči směru nejvyšší tuhosti. Střižná mezera není rovněž po celé délce stejná, od krajů směrem ke středu roste.


Nože na čtvercový a kruhový materiál
(a – čtvercový průřez, b – kruhový průřez, c – kruhový průřez s rozdílným průměrem, d – kruhový průřez s povolenou deformací profilu)

 

6.4. Přesné stříhání

  Při popsaných metodách střihu má střižná plocha i vystřižený kus určitou standardní jakost. Jedná se o drsnost povrchu střižné plochy a přesnost střižných rozměrů. Kvalita střihu pro normální a přesné stříhání


Kvalita střihu pro normální a přesné stříhání

  Aby bylo možno střihané díly používat přímo na montáž bez z dalších úprav, snažili se technologové vylepšit střižný proces. Všechny metody, zlepšující jakost povrchu střižné plochy a zpřesňující stříhané rozměry se uvádějí pod společným označením - přesné střihání.

  Pro kvalitu výstřižku je velmi důležitá vůle (mezera) mezi střižníkem a střižnicí, neboť se zmenšující se mezerou se eliminují tahové složky napětí od ohybového namáhání a napjatost se blíží čistému smyku.

  V zásadě metody přesného stříhání lze rozdělit na výrobu výstřižků:

  • v jedné operaci, a to na stříhání bez vůle, stříhání s přidržovačem, stříhání s nátlačnou hranou, stříhání s nátlačnou hranou a protitlakem, reversní stříhání, stříhání se zápornou vůlí, stříhání na lisech ESSA,
  • ve dvou operacích, a to na přistřihování, vibrující střižník.
6.4.1. Stříhání bez vůle
  Stříhání bez vůle je ukázáno na obrázku. Jedna funkční část nástroje, buď střižník nebo střižnice je vypracována bez břitu, se zaoblením střižné strany. Druhá část je nabroušena. Uspořádání vlevo je určeno pro kvalitní povrch díry, vpravo pro kvalitní povrch výstřižku.


Stříhání bez vůle

 

6.4.2. Stříhání s přidržovačem
  Proti ohýbání okrajů výstřižků i pro zlepšení povrchu střižných ploch působí použití přidržovače při stříhání. K tahové složce napjatosti přibývá složka tlaková, která zlepšuje stav napjatosti v místě střihu.

 
6.4.3. Stříhání s nátlačnou hranou
  Zatím nejlepší výsledky v oboru přesného střihání přináší tzv. střihání s nátlačnou hranou, resp.  střihání s nátlačnou hranou. Nátlačná hrana se prolisuje v oblasti střižného obvodu, kde změní napjatost ve střižné ploše na trojosou, nátlačná hrana způsobí navíc složku tlakovou, která usnadňuje přiblížení k čistému smyku. Protitlak je zajištěn odpruženým spodním lisovníkem. Toto uspořádání umožňuje střihání načisto i u poměrně tlustých materiálů. Pro tlustší materiály (tloušťka větší, jak 5 mm) se můžou použít dvě obvodové hrany, nebo jedna na střižníku a jedna na střižnici.


Stříhání s přidržovačem (vlevo) a stříhání s nátlačnou hranou a protitlakem (vpravo)

 
6.4.4. Reversní stříhání

  Reversní stříhání je založeno na sevření polotovaru tak, že se neprojevují tahové složky napjatosti.


Reversní stříhání

 

6.4.5. Stříhání se zápornou vůlí a na lisech ESSA

  Stříhání se zápornou vůlí je proces, kdy střižník nepronikne do otvoru ve střižnici. Průměr střižníku je zhruba o 0,1 až 0,2 %  tloušťky plechu větší, než je průměr střižnice. Střižník musí zůstat nad rovinou střižnice ve vzdálenosti 0,2 až 0,5 mm a tím vyvolává v materiálu (mezikruží) tlakové napětí, kdy však střižná síla je větší.

  Stříhání na lisech ESSA je proces, kdy střižník nejenom stříhá, ale i kmitá a tím střižnou plochu vyleští.


Příklad výroby přesným stříháním

6.5. nástřihové plány

  Při stříhání je velmi důležité výstřižky rozmístit na pásu plechu tak, aby odpad byl co nejmenší. Rozmístění výstřižků na pásu plechu je potom označováno jako nástřihový plán. Odpad (ať už technologický nebo konstrukční) je nedílnou součástí technologie stříhání, která patří mezi hromadné výrobní procesy, proto se musí rozmístění výrobků věnovat velká pozornost. Vždyť materiál tvoří zhruba 60 až 75 % celkových nákladů. Volba nástřihového plánu závisí na tvaru a konstrukci výrobku, na dodržování zásad konstrukce, na minimálních vzdálenostech mezi výrobku a od okraje pásu.

  Nástřihový plán může být buď kusový, kdy se určuje nejvýhodnější způsob stříhání nebo skupinový, kdy se budou stříhat různé tvary a součásti jednoho výrobku. Hospodárnost nástřihu charakterizuje součinitel využití materiálu, který lze zapsat ve tvaru:

h= So / Sp

            kde             So        … celková plocha výstřižků [mm2],
                              Sp        … plocha pásu plechu [mm2].


Příklady nástřihových plánů


Rozmístění výrobků a vliv na hospodárnost využití materiálu

 

6.6. Nástroje pro stříhání

  Nástroje pro stříhání, střihadla, jsou nástroje, kdy funkci horního pohyblivého nože vykonává střižník a funkci spodního pevného nože střižnice.

  Můžeme je rozdělit podle počtu operací na jednoduché, postupové, sloučené, sdružené, sdružené postupové, podle základní práce na stříhací, ohýbací, tahací, atd. a podle počtu výrobků na jednonásobné a vícenásobné. V následujícím textu se budeme věnovat rozdělení podle počtu operací.

6.6.1. Jednoduché střižné nástroje

  Prvním nástrojem je jednoduché střižný nástroj, který je určen pro jednu operaci. Poloha pásu je zajištěna pevným dorazem, posuv je o hodnou kroku (velikost výrobku plus přídavek)


Jednoduchý střižný nástroj

6.6.2. Postupové střižné nástroje

  Postupový střižný nástroj zhotovuje výstřižek postupně, na několik operací na několik kroků. Používá se načínací doraz při vložení nového pásu, dále je poloha pásu zajištěna pevným koncovým dorazem. Funkci nástroje lze pochopit z obrázku vpravo. Jsou na něm šrafované 3 plochy, které se vystřihnou na 1 zdvih. Obdélníková plocha je odstřižena stranovým střižníkem a zajišťuje míru tzv. kroku, tj. posuvu pasu o rozteč t. Kruhové plochy různých průměrů patří různým výstřižkům. Posuv pasu je zprava doleva. Pravý (malý) kruhový výstřižek padá do odpadu, z levé části nástroje propadají hotové výrobky – podložky.



Postupové střihadlo

6.6.3. Sloučené a sdružené střižné nástroje

  Sloučený střižný nástroj se konstruuje pro několik operací na jeden krok. Tak např. při stříhání dochází jak k děrování, tak i k vystřihování.

  Oproti tomu sdružený střižný nástroj se konstruuje pro sdružení různých pracovních úkonů na jeden krok (např. stříhání, ohýbání, tažení, atd.), resp. na více kroků. Potom mluvíme o sdruženém postupovém nástroji. Jednotlivé operace jsou zajištěny konstrukcí střižníku, resp. konstrukcí nástroje.


Sloučené střihadlo

6.7. Speciální způsoby stříhání

  Mezi speciální způsoby stříhání patří stříhání pomocí gumy (pryže) a stříhání se zvýšenou rychlostí.

 

6.7.1. Stříhání pomocí pryže     

  Střihání pomocí gumy se používá pro stříhání výstřižků z tenkého plechu. Nástrojem je zde ocelová deska o tloušťce 6 až 10 mm, jejiž obrys je shodný s obrysem konečného výrobku. Protinástrojem je pryž, která je buď uzavřená v rámu nebo je volně položená na součástku, polotovar.

  Nástrojem na stříhání gumou lze dělat operace ostřihování, děrování otvorů, sloučené operace ostřihování a děrování. Pryžová deska má tloušťku asi 150 mm a je složena z více kusů. Ocelový rám je velmi namáhaný, stejně jako ocelová střižná deska, která musí být hladká, aby nezanechala stopy na výstřižku.

  Výhody spočívají v jednoduchém a levném nástroji, možnost tříhat více součástí najednou, je zde možná kombinace s tažením. Nevýhody jsou velký odpad, omezení tloušťkou a malá životnost pryže.

6.7.2. Stříhání se zvýšenou rychlostí

  Stříhání se zvýšenou rychlostí je založeno na zmenšení objemu s vyčerpanou plasticitou na minimum, dráhy trhlin od střižných hran jsou velmi blízké a výsledkem jsou kolmé a rovinné střižné plochy. To vše je možné pouze při kritických rychlostech, pro uhlíkové oceli kolem 3 až 5 m. s-1.

.: Jdi na začátek stránky :.