senior lecturer of Chair “Welding, pressure materials treatment and related processes”
старший преподаватель кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы»
The paper considers the deformation mechanism when cutting thin sheet material to predict the quality of a cut profile by the rational choice of a gap and the indicators of the “workpiece – sectional working tool” system. The research objectives were solved for flat deformation using the finite element model of a cutting process. Based on the calculation results, the author described the stress-strain state of the material in the cutting zone for four stages of the process and determined the indices of the stress-strain state and the conditions in the material leading to the crack formation. The degree of influence of the deformation force and pressing on the values of the elastic deformation of sections and the gap value is estimated. The study identified the bursting force value which corresponds to the value of 10 to 30 % of the maximum force of a shearing operation. In the work, it is noted that the lateral bursting force influences considerably the variation of a gap between the cutting sections. It is found that the gap size variation under the influence of elastic deformations of the upper and lower sections is small and is within the permitted recommended gap. The author offers the condition for the production of a qualitative profile surface of a cut which is provided in the case of coincidence of the crack propagation direction and the direction connecting the cutting edges on the top and bottom sections. It is determined that the optimal gap for the parameters values used in the work is 5 % of the material thickness, which is consistent with the production results. The analysis of fields’ distribution of the main normal stresses in the deformation region allowed determining that the stresses, being the stretching, contribute to the opening of shearing cracks occurring in the layers of a workpiece located near the cutting edges. The paper notes that the value of the resultant of main normal tensile stress in the deformation region of the upper tool greater than that of the cutting edge of the lower tool facilitates the shearing crack propagation from the cutting edge of the upper tool.
В статье рассматривается механизм деформирования при резке тонколистового материала с целью прогнозирования качества профиля реза путем рационального выбора зазора и показателей системы «заготовка – секционный рабочий инструмент». Задачи исследования решались для плоской деформации с использованием конечно-элементной модели процесса резки. На основании результатов расчета выполнено описание напряженно-деформированного состояния материала в зоне реза для четырех стадий процесса. Определены показатели напряженно-деформированного состояния и условия в материале, которые приводят к образованию трещины. Выполнена оценка степени влияния усилия деформирования и прижима на величины упругих деформации секций и значение зазора. Установлено значение распирающего усилия, которое соответствует величине от 10 до 30 % от максимального усилия разделительной операции. В работе отмечено, что значительное влияние на изменение величины зазора между режущими секциями оказывает боковое распирающее усилие. Выявлено, что изменение величины зазора под влиянием упругих деформаций верхней и нижней секции невелико и находится в пределах допуска рекомендуемого зазора. Предложено условие получения качественной поверхности профиля реза, которое обеспечивается в случае совпадения направления распространения трещины с направлением, соединяющим режущие кромки на секциях верха и низа. Установлено, что оптимальный зазор для значений параметров, используемых в работе, составляет 5 % от толщины материала, что согласуется с производственными результатами. Анализ распределения полей главных нормальных напряжений в очаге деформации позволил установить, что напряжения, будучи растягивающими, способствуют раскрытию скалывающих трещин, возникающих в слоях заготовки, расположенных вблизи от режущих кромок. В статье отмечено, что распространению скалывающей трещины от режущей кромки верхнего инструмента способствует большее значение результирующей величины главного нормального растягивающего напряжения в очаге деформации у верхнего инструмента, чем у режущей кромки нижнего инструмента.