Strihanie (tvárnenie)

Združený strihací nástroj pre operácie dierovania a vystrihovania a ukážka odpadového materiálu

Odpadový pás pri výrobe polotovarov pre 50-centové mince na viacnásobnom strihacom nástroji

Strihanie je postupné alebo súčasné oddeľovanie väčších častí materiálu^[1] v jeho celom priereze. Strihanie patrí medzi technológie tvárnenia a rozdeľuje sa na ďalšie charakteristické operácie. Nástroj sa pre väčšinu operácií strihania nazýva strihadlo (okrem špecifických názvov uvedených nižšie). Výsledný výrobok - výtvarok sa nazýva výstrižok. Strihať je možné za studena alebo za tepla.

Princíp strihania

Schematické znázornenie pôsobenia síl a deformácie pri strihaní

Pri strihaní pôsobia rezné hrany strihacieho nástroja rovnobežne takmer oproti sebe. Nositeľky strižných síl sú od seba vzdialené len o malú vôľu nástroja. Pohyblivá časť nástroja vniká do materiálu, ktorý je opretý o pevnú časť nástroja. Tým vzniká v strihanom materiáli, namáhanie šmykovými napätiami. Pri postupnom vnikaní nástroja vzniká v materiáli najskôr plastická deformácia. Postupne sa zvyšuje veľkosť napätia až presiahne medzu pevnosti materiálu a vznikne trhlina. Tento proces sa deje na oboch stranách materiálu. Pri vniknutí pohyblivej časti nástroja do cca. 40 % hrúbky materiálu sa trhliny spoja o dôjde k oddeleniu materiálu po celom priereze. Následne potrebná sila na strihanie poklesne na úroveň potrebnú na vytlačenie výstrižku zo zvyšku materiálu.

Veľkosť strižnej sily

Strižná sila je úmerná prierezu strihaného materiálu a a jeho pevnosti v strihu. Vypočíta sa podľa vzťahu:^[2]

${\displaystyle F_{s}=K.o.s.\tau _{max}}$

kde:

• F_s – strižná sila [N]
• K – súčiniteľ, ktorý zohľadňuje rozdiel vo veľkosti skutočnej strižnej sily od teoretickej a býva v rozmedzí 1 až 1,3 [-]
• o – obvod strihaného tvaru [mm]
• s – hrúbka strihaného materiálu [mm]
• τ_max – pevnosť materiálu v strihu [MPa]

Operácie strihania

Výstrižok po operácii vystrihovania a vystrihovací nástroj (strihadlo)

Výstrižok po operácii dierovania a dierovací nástroj (dierovadlo)

Strihanie sa podľa STN 22 6001 rozdeľuje na nasledovné operácie^[3]:

• Obyčajné strihanie je rozdeľovanie materiálu, pozri strihanie (delenie).
• dierovanie - je vytváranie otvorov rôznych tvarov pričom vystrihnutá časť je odpad.
• Vystrihovanie je:
  • vytváranie výstrižkov rôzneho tvaru po uzavretom obryse pričom vystrihnutá časť je výstrižok.
  • oddeľovanie častí z okraja materiálu pričom vystrihnutá časť je odpad.
• Ostrihovanie je oddeľovanie prebytočného materiálu
• Pristrihovanie je operácia na dosiahnutie presného tvaru, rozmeru alebo akosti povrchu.
• Nastrihovanie je čiastočné nastrihnutie okraja materiálu tak, že sa časti úplne nerozdelia.
• Prestrihovanie je čiastočné nastrihnutie materiálu vo vnútri strihaného dielu.
• Pretrhávanie je pretrhnutie materiálu, aby sa vytvorili hroty, otvory alebo výstupky.
• Vysekávanie je oddeľovanie materiálu výsekávadlom na podložke.

Strihacie nástroje

Nástroje pre väčšinu strihacích operácií sa nazývajú strihadlá.^[3]. Názvy nástrojov pre špecifické operácie sú uvedené v kapitole Rozdelenie strihacích nástrojov.

Časti strihadla

Základné časti strihadla sú strižník a strižnica.^[2]

• Strižnica je nepohyblivá časť nástroja, o ktorú je počas strihania materiál opretý. Má v sebe otvor, ktorý tvarom zodpovedá tvaru výstrižku. Tento otvor (strižný otvor) má zväčša uzatvorený obvod a tvorí jednu strižnú hranu nástroja. Strižný otvor sa v smere prepadu materiálu rozširuje úkosom 10' až 1°, alebo do istej hĺbky pokračuje bez úkosu a potom nasleduje časť s väčším úkosom 3° až 5°. Konkrétne hodnoty úkosu, resp hĺbky otvoru bez úkosu sa zvolia podľa hrúbky strihaného materiálu. Strižnice môžu byť vyrobené ako celistvé alebo delené, ktoré sú potom zalisované do rámu. Hrúbka strižnice sa zvolí s ohľadom na najväčšiu hrúbku strihaného materiálu.
• Strižník je pohyblivá časť nástroja, ktorá vniká do materiálu z opačnej strany, oproti strižnému otvoru. Má tvar tŕňa, jeho vonkajší obvod zodpovedá tvaru výstrižku a tvorí druhú strižnú hranu. Kvôli zníženiu strižnej sily je možné hranu strižníka na čelenej strane upraviť buď jej skosením alebo odstupňovaním.

Medzi strižníkom a strižnicou musí byť vždy strižná vôľa. Táto ovplyvňuje veľkosť strižnej sily, akosť výstrižkov, trvanlivosť strižných hrán a životnosť nástroja. Strižná vôľa sa určí podľa druhu (tvrdosti) strihaného materiálu a jeho hrúbky.

Strihacie nástroje môžu podľa zložitosti obsahovať aj ďalšie časti. Sú to:

• Základová doska na ktorej je umiestnená strižnica.
• Kotevná doska v ktorej je umiestnený strižník.
• Upínacie prvky zabezpečujú upnutie jednotlivých častí nastroja k sebe.
• Vodiace lišty zabezpečujú presné vedenie vedenie materiálu.
• Dorazy zabezpečujú presné nastavenie pri posune materiálu medzi jednotlivými zdvihmi.
• Vodiaca doska , vodiace stĺpiky alebo vodiace stojančeky slúžia na presné vedenie strižníka pri pohybe oproti strižnici. Vodiaca doska musí byť taká hrubá, aby viedla strižník po celej dĺžke jeho zdvihu.
• Stierač stiera výstrižok, ktorý po prestrihnutí zostane na strižníku. Ak nástroj obsahuje vodiacu dosku, táto slúži aj ako stierač.
• Vyhadzovač je pružný prvok, ktorý po dokončení operácie vyhodí výstrižok zo strižnice resp. nástroja.
• Hľadáčik slúži na presné nastavenie materiálu pri postupových, alebo združených nástrojoch.

Rozmery strižníka a strižnice

Pri stanovovaní rozmerov strižníka a strižnice je potrebné prihliadať na nasledovné okolnosti:

• typ operácie, či ide o dierovanie alebo vystrihovanie
• triedu presnosti výstrižku
• vôľu medzi strižníkom a strižnicou
• výrobnú toleranciu strižníka a strižnice.

Pre menovitý rozmer D výstrižku sa stanovia rozmery nasledovne:^[2]

pre dierovanie

${\displaystyle d_{sk}=D_{-}+0,9.T-t_{sk}}$

${\displaystyle D_{sa}=D_{-}+0,9.T+v+t_{sa}}$

pre strihanie

${\displaystyle D_{sa}=D_{+}-0,9.T+t_{sa}}$

${\displaystyle d_{sk}=D_{+}-0,9.T-v-t_{sk}}$

kde (všetky rozmery v mm):

• d_sk - rozmer strižníka
• D_sa - rozmer strižnice
• D_-, D₊ - dolný resp. horný medzný rozmer výstrižku
• T - šírka tolerančného poľa
• v - vôľa medzi strižníkom a strižnicou
• t_sk - výrobná tolerancia strižníka
• t_sa - výrobná tolerancia strižnice

Rozdelenie strihacích nástrojov

Strihacie nástroje možno rozdeliť podľa viacerých hľadísk:^[2]

• Podľa druhu výrobnej operácie na:
  • vystrihovacie, prestrihovacie, ostrihovacie, pristrihovacie, nastrihovacie - strihadlá^[3]
  • dierovacie - dierovadlá^[3]
  • pretrhávacie - pretrhávadlá^[3]
  • vysekávacie - vysekávadlá^[3].
• Podľa počtu úkonov na jeden pracovný zdvih:
  • jednoduché - na jeden zdvih sa vykoná jedna operácia
  • postupové - na jeden zdvih vykoná viacero paralelne umiestnených strižníkov viacero operácií, pričom pás materiálu sa postupne posúva od jedného strižníku k druhému
  • zlúčené - na jeden zdvih sa vykoná viacero strihových operácií naraz, bez posunu materiálu
  • združené - na jeden zdvih sa vykoná viacero operácií: strihových a iných tvárniacich operácií.
• Podľa počtu súčiastok zhotovených pri jednom zdvihu:
  • jednoduché
  • niekoľkonásobné.

Podľa spôsobu vedenia strižníka:

• • bez vedenia
  • s doskovým vedením
  • so stĺpikovým vedením.
• Podľa spôsobu podávania materiálu:
  • s ručným podávaním
  • s automatickým podávaním.
• Podľa spôsobu odvádzania výstrižkov:
  • výstrižky prepadávajú cez strihový otvor
  • výstrižky sú vtláčané späť do pásu materiálu
  • výstrižky sú stieračom zhadzované na pás
  • výstrižky sa odstrihnú pri poslednej operácii
  • výstrižky sú z nástroja vyhadzované.

Materiál strihadiel

Strihadlá sa vyrábajú z nástrojových ocelí, v rámci ktorých pre strihanie existuje samostatná trieda B. V závislosti od teploty strihania, tvrdosti a hrúbky strihaných materiálov sa používajú od nízkolegovaných cez chrómové ocele s 5 % chrómu, ledeburitické chrómové ocele až po volfrámové ocele. Pre nástroje na ostrihávanie výkovkov a výtvarkov za tepla sa používajú niklovo-chrómové ocele. ^[4]

Referencie

1. HLUCHÝ, Miroslav, a kol. Technológia. Bratislava : Alfa, vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry, n.p., 1977. 368 s.
2. NOVOTNÝ, František; DUDÍK, Drahomír; FRANK, Augustin. Výrobné konštrukcie. Bratislava : Slovenské vydavateľstvo technickej literatúry, n.p., 1964. 365 s.
3. STN 22 6001. Názvosloví technologie tváření kovů (prevzatá ČSN 22 6001).. Praha : Vydavatelství Úřadu pro normalizaci a měření, 1967-8-2. 27 s. (česky)
4. MACEK, Karel; ZUNA, Petr; ZILVAR, Václav. Náuka o materiáli III pre 4. ročník SPŠ strojníckych.. Bratislava : Alfa, vydavateľstvo technickej a ekonomickej literatúry n.p., 1989. 240 s. ISBN 80-05-00166-5.