BADANIA i ROZWÓJ: Charakterystyka kinematyki procesu krojenia papieru nożem krążkowym ustawionym mimośrodowo – Piotr Janicki, Georgij Petriaszwili, Sergey Komarov; STRESZCZENIE: Scharakteryzowano kinematykę procesu krojenia papieru i tektury nożem krążkowym ustawionym mimośrodowo. Ustalono, że w zależności od parametrów krojenia proces obróbki może charakteryzować się dwoma odmiennymi reżimami pracy: krojenie ze stałym kontaktem ostrza z obrabianym materiałem oraz krojenie przerywane, z impulsowym charakterem kontaktu ostrza noża z materiałem w procesie obróbki. IN ENGLISH: Characteristics of the paper cutting process kinematics with a circular cutter placed eccentrically; ABSTRACT: The kinematics of the paper and board cutting process with a circular cutter placed eccentrically was characterized. It has been confirmed that depending on cutting parameters the operating process can be characterized by two different working regimes: cutting with a permanent contact of the cutting edge with the worked material or an intermittent cutting with impulsive character of the knife cutting edge contact with the worked material in the working process.

13 Oct 2016 12:26

Operacja krojenia papieru i tektury nożami krążkowymi posiada znaczne zalety technologiczne: wysoką prędkość i jakość obróbki, a krążkowe zespoły tnące charakteryzują się prostymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi [1]. Zmiana kinematyki procesu krojenia nożem krążkowym oraz znaczne zmniejszenie rzeczywistego kąta zaostrzenia ostrza noża w procesie obróbki, w porównaniu z krojeniem nożem płaskim, powodują również znaczne zmniejszenie siły cięcia materiału krojonego nożem krążkowym [2,3]. Dalsze zmniejszenie siły krojenia jest osiągane przy nadaniu krążkowym narzędziom tnącym wymuszonych wibracji o określonych amplitudzie i częstotliwości [4]. Cięcie wibracyjne przy wszystkich swoich zaletach – mała siła i moc krojenia, wysoka jakość obróbki – posiada też określone wady: konieczność stosowania specjalnych wibratorów oraz możliwość przeniesienia wymuszonych drgań na elementy konstrukcji napędu maszyn. Mimośrodowe ustawienie noża krążkowego na obracającym się wale może spowodować osiągnięcie efektów krojenia wibracyjnego przy prostym zrównoważeniu (wyważeniu) obracającego się noża. Artykuł poświęcony jest analizie kinematyki procesu krojenia wkładów książkowych nożem krążkowym ustawionym mimośrodowo. Mimośrodowe ustawienie noża krążkowego przejawia się m.in. w zmianie kinematyki procesu obróbki w czasie jednego obrotu noża oraz okresowej zmianie wielkości i kierunku wektora prędkości krojenia, co doprowadza do cyklicznych wahań znaczeń kinematycznych kątów zaostrzenia ostrza noża podczas obróbki i dynamicznego oddziaływania ostrza narzędzia tnącego na obrabiany materiał. Rozpatrzymy kinematykę krojenia wkładu mimośrodowo ustawionym nożem krążkowym na przykładzie krojenia współbieżnego, kiedy kierunek obrotów noża krążkowego jest współbieżny z kierunkiem posuwu obrabianego materiału. Na rys. 1 przedstawiono nóż krążkowy o średnicy R, który jest ustawiony na wale mimośrodowo o wielkość e. Prędkość liniowa punktu noża przy wejściu ostrza w kontakt z wkładem książkowym (podczas wcięcia) oblicza się z równania R = w . . Wielkość prędkości R zależy od kąta obrotu noża i zmienia się w zakresie od Rmin = w . (R – e) do Rmax = w . (R + e). Im większa jest wielkość mimośrodu e, tym większy zakres zmian wielkości liniowej prędkości R . Właściwością kinematyki procesu krojenia mimośrodowo ustawionym nożem krążkowym jest to, że zależnie od stosunku liniowej prędkości noża do prędkości posuwu bloku oraz wielkości mimośrodu, proces obróbki cechuje się dwoma różnymi reżimami krojenia: przerywane (impulsowe) krojenie, kiedy ostrze noża w pewnej fazie obrotu noża nie ma kontaktu z wkładem książkowym i nieprzerywane (ciągłe) krojenie, kiedy ostrze obracającego się noża znajduje się podczas krojenia w stałym kontakcie z wkładem książkowym w cyklu pełnego obrotu noża. Zmianę charakteru procesu krojenia powoduje zmiana kierunku (w cyklu obrotu noża) poziomej składowej x liniowej prędkości krojenia. Na rys. 2 przedstawiono obliczeniowe schematy kinematyki procesu krojenia nożem ustawionym mimośrodowo. W celu ułatwienia obliczeń poziomej składowej prędkości krojenia schemat cięcia zastąpiono umownym mimoosiowym (mimośrodowym) mechanizmem korbowo-wodzikowym, którego oś ruchu wodzika jest przesunięta względem osi obrotu wału korbowego o wielkość a. Zmianę charakteru krojenia określają wielkość i kierunek poziomej składowej x prędkości krojenia, która składa się z prędkości posuwu wkładu 0 (lub ostrza noża względem wkładu) oraz prędkości posuwu wodzika x0. Poziome przemieszczenie x punktu wcięcia ostrza noża we wkład obliczamy z wzoru (1): gdzie  = wt – bieżący kąt obrotu noża, t – bieżący czas. Na rys. 3 przedstawiono wyniki obliczeń poziomego przemieszczenia x punktu cięcia ostrza noża przy różnych prędkościach posuwu wkładu książkowego. Realizacja ciągłego (nieprzerywanego) procesu krojenia jest możliwa pod warunkiem, że wielkość poziomej prędkości krojenia ostrza noża w całym cyklu obrotu będzie większa od 0 – x > 0. Poziomą prędkość krojenia x obliczamy wg wzoru (2): W przypadku, gdy podczas zwrotnego ruchu wodzika mechanizmu zastępczego (rys. 2b) liniowa prędkość x0 będzie większa i skierowana przeciw kierunkowi prędkości posuwu wkładu 0, ostrze noża oderwie się od obrabianego wkładu i zaprzestanie krojenia. Ponieważ przy maksymalnej prędkości x0 ruchu zwrotnego wodzika jego przyśpieszenie wyniesie 0, to przerywany (impulsowy) charakter krojenia nastąpi pod warunkiem, że: Przyśpieszenie ax oblicza się biorąc pochodną od wyrazu prędkości (2), natomiast rozwiązanie równań warunku (3) pozwala ustalić moment czasu t, kiedy liniowa prędkość x0 będzie skierowana przeciw prędkości posuwu 0. Znając prędkość obrotową w i promień R noża krążkowego oraz wielkość przesunięcia a ustala się najmniejszą prędkość posuwu wkładu książkowego 0, przy której ponownie następuje krojenie ciągłe. Według podobnej metodyki oblicza się parametry procesu cięcia nożem krążkowym ustawionym mimośrodowo przy realizacji przeciwbieżnego krojenia wkładów książkowych. n Literatura: [1] Kikiewicz Z. Teoria i budowa maszyn papierniczych. Część II, WNT, Warszawa, 1977 [2] Janicki P., Petriaszwili G. Transformacja kinematycznego kąta zaostrzenia ostrza noża w procesach rozkroju tektury i papieru nożami krążkowym. Opakowanie, 2015, 9, s. 79-81 [3] Janicki P., Petriaszwili G., Komarov S. Kinematic analysis of printing materials cutting using circular cutters. Scientific-practical conference „Innovations in publishing, printing, and multimedia technologies 2016”, Conference proceedings, Kaunas, 2016, p. 41-47 [4] Petriaszwili G. Analiza kinematyki procesów krojenia papieru i tektury wibracyjnymi nożami krążkowymi. Opakowanie, 2014, 12, s. 55-57