BADANIA I ROZWÓJ: Transformacja kinematycznego kąta zaostrzenia ostrza noża w procesach rozkroju tektury i papieru nożami krążkowymi – Piotr Janicki, Georgij Petriaszwili; STRESZCZENIE: Przedstawiono wyniki badań wpływu parametrów pracy noży krążkowych na zmniejszenie kinematycznego kąta zaostrzenia ostrza w procesie rozkroju tektury i papieru. Przeprowadzono analizę trajektorii ruchu punktu ostrza noża w procesie krojenia, wpływu prędkości obrotowej, kierunku obrotów, parametrów geometrycznych noży na kinematykę procesu cięcia. IN ENGLISH: Transformation of a kinematic pointing knife angle in board and paper cutting processes with circular cutters; ABSTRACT: The research results concerning work parameters influence of circular cutters upon the decrease of a kinematic knife-edge sharpening angle in board and paper cutting processes were presented. An analysis of the knife-edge point movement trajectory in the cutting process, influence of rotational speed, rotation direction, geometric parameters of knives upon the cutting process kinematic was carried out.

21 Sep 2015 09:06

Przedstawiono wyniki badań wpływu parametrów pracy noży krążkowych na zmniejszenie kinematycz-nego kąta zaostrzenia ostrza w procesie rozkroju tektury i papieru. Przeprowadzono analizę trajektorii ruchu punktu ostrza noża w procesie krojenia, wpływu prędkości obrotowej, kierunku obrotów, parametrów geometrycznych noży na kinematykę procesu cięcia. Krojenie nożami krążkowymi jest najbardziej rozpowszechnioną metodą cięcia spośród różnych sposobów rozkroju tektury i papieru. Nożami krążkowymi kroi się materiały w postaci zwojów i arkuszy: folie, papiery o różnej gramaturze, grube tektury. Wysoka jakość i wydajność procesów krojenia w dużym stopniu zależy od parametrów geometrycznych noży krążkowych, ich ustawienia oraz parametrów pracy noży, dostosowanych do właściwości krojonych materiałów. Jednym z najważniejszych parametrów geometrycznych narzędzi tnących jest kąt naostrzenia ostrza narzędzia tnącego. Badania wykazują, że zmniejszenie kąta naostrzenia powoduje zmniejszenie siły krojenia, jednak wybór minimalnie możliwego kąta naostrzenia jest ograniczany właściwościami wytrzymałościowymi materiału noża oraz oddziaływaniem krojonego materiału na ostrze narzędzia tnącego. Podczas krojenia obracającym się nożem następuje transformacja – zmniejszenie „statycznego” kąta naostrzenia, co przejawia się w kinematycznym zaostrzeniu ostrza, które zależy od parametrów procesu obróbki [1]. Analizę transformacji kąta zaostrzenia noża krążkowego przeprowadzono dla dwóch możliwych kierunków obrotów: współbieżnego – gdy kierunek obrotów jest współbieżny z kierunkiem posuwu obrabianego materiału (rys. 1a) oraz przeciwbieżnego – kiedy kierunek obrotów noża jest przeciwny do kierunku posuwu materiału (rys. 1b). Trajektorię ruchu punktu na krawędzi ostrza noża w procesie krojenia określa się z parametrycznych równań: xA = –v0t – R • sin (wt); yA = R • cos (wt); – przy krojeniu współbieżnym oraz xA = –v0t + R • sin (wt); yA = R • cos (wt); – przy krojeniu przeciwbieżnym, gdzie t – czas. Na rys. 2 przedstawiono trajektorie ruchu punktów na krawędziach ostrzy noży krążkowych przy krojeniu współbieżnym (rys. 2a) oraz przeciwbieżnym (rys. 2b) dla różnych stosunków prędkości vR /v0. Trajektoria ruchu punktu ostrza noża krążkowego w obydwóch wypadkach jest zmienioną cykloidą. Charakter zmiany tej trajektorii podczas krojenia zależy od stosunku, w procesie obróbki, liniowej prędkości ostrza noża vR do prędkości posuwu materiału v0. Im większy jest ten stosunek, tym bardziej kształt trajektorii punktu ostrza noża przybliża się do kształtu ruchu kolistego. Podczas krojenia ostrzem noża wg obliczonej trajektorii następuje dalsza kinematyczna transformacja kąta zaostrzenia noża. Rzeczywisty kąt krojenia w procesie obróbki (kąt zaostrzenia kinematycznego) staje się kilkakrotnie mniejszy od kąta naostrzenia noża. Badania transformacji kąta zaostrzenia ostrza przy krojeniu nożem płaskim przedstawiono w pracy [2], gdzie rzeczywisty kąt krojenia aT określa się wg wzoru (1): (1) gdzie: a0 – „statyczny” kąt naostrzenia noża, v – rzeczywista (wypadkowa) prędkość krojenia, vN – normalna składowa prędkości v. Przyjmując, że transformacja kąta zaostrzenia noża krążkowego odbywa się podobnie jak dla noża płaskiego, obliczamy z wzorów (2) i (3) rzeczywiste kąty krojenia aT przy cięciu współbieżnym (rys. 1a) oraz przeciwbieżnym (rys. 1b): n krojenie współbieżne: (2) n krojenie przeciwbieżne: – (3) gdzie: f = w • t – kąt obrotu noża w czasie t. Kinematyka krojenia nożami krążkowymi wyróżnia się tym, że w zależności od grubości obrabianego materiału różne jego warstwy poddawane są cięciu przy różnych kątach zaostrzenia ostrza. Największe wielkości rzeczywistych kątów krojenia występują w skrajnym górnym punkcie kontaktu ostrza noża z obrabianym materiałem. Przy krojeniu sposobem współbieżnym będzie to skrajny punkt wejścia ostrza noża w materiał, natomiast przy krojeniu przeciwbieżnym – skrajny punkt będzie w miejscu wyjścia ostrza noża z materiału. Kąt obrotu noża f0, przy którym następują wejścia i wyjścia ostrza noża z kontaktu z materiałem, określa się wg wzoru: f0 = arcsin (R – H) /R, gdzie H – grubość krojonego materiału. Na podstawie wzorów (2) i (3) obliczono zmiany kinematycznego kąta zaostrzenia ostrzy aT noży krążkowych dla różnych parametrów procesu krojenia. Analiza wykazała, że przy tych samych geometrycznych parametrach noży krążkowych podczas krojenia przeciwbieżnego uzyskuje się nieznacznie mniejsze kąty kinematycznego zaostrzenia niż podczas krojenia współbieżnego. Największy wpływ na wielkość kinematycznego zmniejszenia kąta zaostrzenia ostrza mają: średnica noża krążkowego, prędkość obrotowa, prędkość posuwu i grubość krojonego materiału (rys. 3-4). Wyniki badań wykazują znaczną tendencję spadkową wartości aT przy zwiększeniu średnicy noża D. Spadek ten jest wyraźny przy wzroście wartości D do wielkości 200-250 mm. Dal-sze zwiększenie średnicy noża powoduje już niewielkie zmiany wartości aT. Wraz ze zwiększeniem prędkości obrotowej noża n ujawniło się znaczne zmniejszenie kinematycznego kąta zaostrzenia ostrza w zakresie n = 1500-3000 obr./min. Przy dalszym zwiększaniu prędkości obrotowej noża intensywność wpływu tego parametru maleje. Analiza wpływu prędkości posuwu materiału przy krojeniu wykazała liniową zależność kąta zaostrzenia od tego parametru. Na podstawie opracowanych wykresów istnieje możliwość wybrania odpowiednich parametrów geometrycznych noży krążkowych oraz parametrów procesu krojenia, przy których można osiągnąć kilkakrotne zmniejszenie kinematycznego kąta zaostrzenia ostrza w procesie obróbki oraz siły rozkroju tektury i papieru. n Literatura: [1] Petriaszwili G., Analiza kinematyki procesów krojenia papieru i tektury wibracyjnymi nożami krążkowymi. Opakowanie. 2014, 12, s. 55-57 [2] Ciupalski S., Maszynoznawstwo poligraficzne. Część II. Maszyny niedrukujące. WNT, Warszawa, 1970