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O guia completo do processo e equipamento de corte por cisalhamento

Última atualização:
10 de maio de 2024
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Índice

I. Parâmetros do processo de corte

O cálculo e a seleção dos parâmetros do processo de corte são apresentados no Quadro 1; a relação T/R para alguns materiais é apresentada no Quadro 2; a temperatura de pré-aquecimento para o corte aquecido é apresentada no Quadro 3; as condições de corte para diferentes classes e especificações de materiais são apresentadas no Quadro 4; a folga razoável para as lâminas de corte é apresentada no Quadro 5.

Tabela 1 Cálculo e seleção dos parâmetros do processo de corte

Número de sérieParâmetrosCálculo e seleção
1Força de cisalhamentoAo selecionar com precisão o equipamento de corte, verificar a dimensão da força de corte para garantir que é inferior à tonelagem do equipamento. A força de corte pode ser calculada utilizando a seguinte fórmula
F=KAτb

onde:
- F é a força de corte (N)
- A é a área de corte (mm)2)
- K é um coeficiente que considera factores como a rugosidade da lâmina, normalmente K=1,2~1,7
- τb é a resistência ao cisalhamento do material (10MPa), normalmente 0,7~0,8 vezes a resistência à tração, ou seja, τ=(0,7~0,8)Rmou consultar o quadro 2 para o cálculo
2Temperatura de cortePara materiais com maior resistência (dureza) e secções transversais maiores, pré-aqueça o material antes de o cisalhar. A temperatura de aquecimento deve ser: 350~550℃, veja a Tabela 3 para detalhes. Consulte a Tabela 4 para escolher a condição de cisalhamento e decidir se o pré-aquecimento é necessário
3Folga de cortePara garantir a qualidade do cisalhamento, deve haver um valor razoável de folga entre as lâminas superior e inferior (ver Tabela 5). Deve ser utilizado um valor mais elevado quando a dureza do material é elevada ou a dimensão da secção transversal da secção cortada é grande e, caso contrário, deve ser utilizado um valor mais baixo. Também deve ser utilizado um valor mais pequeno quando o corte é aquecido.

Quadro 2 Rácio de τbpara Rmpara alguns materiais

Materialτb/MPaRm/MPaτ/RmA (%)Nota
Q1952903360.86Recozimento
375Endurecimento por trabalho a frio
Q235341.74230.82Recozimento
410Endurecimento por trabalho a frio
Aço 152803600.7432
Aço 303564540.79Recozimento
Aço 354205400.78Recozimento
Classes de aço 40, 45, 50460Recozimento
Aço 7561010000.6110.8
30CrMnSiA75012000.6213.5Têmpera
Cobre puro1602000.8
H682003000.66
HPb59-12604200.62
Zinco1501870.91
2A121302300.5615Recozimento
2A11220~240380~42015~20Após extrusão a quente
6A02701300.5422Recozimento

Quadro 3 Temperatura de pré-aquecimento para o aquecimento do cisalhamento

Dureza do material HBW269241229207
Temperatura de pré-aquecimento/℃550400380350

Nota: A temperatura de pré-aquecimento é a temperatura a que o próprio material é pré-aquecido.

Tabela 4 Estado de cisalhamento de materiais de diferentes classes e especificações

Grau de materialDiâmetro do bloco ou comprimento lateral/mmDureza HBWEstado de cisalhamento
35 Aço≤75Cisalhamento a frio
80~85≥187Cisalhamento a quente
<187Cisalhamento a frio
>85Cisalhamento a quente
45 Aço≤60Cisalhamento a frio
65-75≥207Cisalhamento a quente
<207Cisalhamento a frio
>75Cisalhamento a quente
40Cr≤50Cisalhamento a frio
55-60≥241Cisalhamento a quente
<241Cisalhamento a frio
>60Cisalhamento a quente
45Cr
18CrMnTi
12Cr2NiA
≤35Cisalhamento a frio
40~48≥255Cisalhamento a quente
≥255Cisalhamento a frio
>48Cisalhamento a quente

Quadro 5 Distância razoável para as lâminas de cisalhamento (unidade: mm)

Diâmetro da barraAbaixo de 2020~3030~4040~6060~90
Folga da lâmina0.2~10.5~1.50.8~21.5~2.52.0~3.0
Diâmetro da barra90~100100~120120~150150~180180~200
Folga da lâmina2.5~3.53~43.5~54.5~87~12

II. Lâmina de corte do leito de cisalhamento

1. Tipo de lâmina

As lâminas do leito de cisalhamento são constituídas por duas peças, uma fixada no assento inferior da matriz e a outra montada no gabarito superior, accionada pelo cursor para se deslocar para cima e para baixo para conseguir o cisalhamento. Os tipos de lâminas utilizados na produção são variados. As características das lâminas de ranhura simples e de ranhura múltipla são apresentadas no Quadro 6, e as características das lâminas de gume simples e de gume duplo são apresentadas no Quadro 7.

Quadro 6 Características das lâminas de uma e de várias ranhuras

LâminaTipoDiagrama simplificadoCaracterísticas
Lâmina de uma ranhuraTipo integralAs lâminas superior e inferior da tesoura são do tipo aberto
A lâmina inferior é uma lâmina de tipo fechado, que impede que a barra se dobre, utilizada para cortar barras pequenas, enquanto a lâmina superior (lâmina móvel) é ainda de tipo aberto
A lâmina tem arestas de corte em todos os quatro lados, melhorando a taxa de utilização da lâmina
Tipo de inserçãoPode poupar algum aço para ferramentas, mas requer um suporte de lâmina adicional
As mesmas vantagens e desvantagens que as anteriores, mas também pode ser utilizado em três lados
Tipo de combinaçãoPode evitar a concentração de tensões nos cantos da lâmina integral, melhorando a vida útil da lâmina, mas também requer um suporte de lâmina
Lâmina com várias ranhurasMesma forma e tamanhoPode cortar duas barras de uma só vez, melhorando a produtividade, utilizada em equipamentos de grandes dimensões para cortar materiais pequenos
Tal como acima, pode cortar três peças de uma só vez
Mesma forma, tamanhos diferentesPode cortar várias peças em bruto de diferentes tamanhos de uma só vez
Diferentes formas e tamanhosPode cortar várias peças em bruto de diferentes formas e tamanhos de uma só vez
Tipo fechadoSem mudar a lâmina, pode cortar aço de diferentes formas e tamanhos, utilizado numa máquina de trabalhar ferro. No diagrama, 2 é a lâmina móvel, 1 é a lâmina fixa

Quadro 7 Características das lâminas de um e dois gumes

LâminaDiagrama simplificadoCaracterísticas
Lâmina de um gumePode reduzir o braço de alavanca, mas ao cortar, a lâmina pressiona mais profundamente o material defeituoso, afectando a qualidade da face final, e só pode ser utilizada de um lado
Lâmina de dois gumesPode ser utilizado em ambos os lados, melhor qualidade da face final

2. Desenho da lâmina

Ao conceber as lâminas, são principalmente tidas em conta as duas condições seguintes: as especificações do processo do equipamento e a forma e dimensão do material a cortar.

(1) Lâmina circular

O desenho da lâmina circular é apresentado na Tabela 8.

Quadro 8 Conceção da lâmina circular

Dimensões principais
  • Raio da aresta R
  • 1 - Altura inferior da lâmina
  • 2 - Altura da lâmina superior
  • A- Distância da parte inferior do bordo inferior da lâmina à parte inferior da lâmina
  • B- Distância entre o topo da aresta superior da lâmina e a extremidade superior da lâmina
Não.ParâmetrosCálculo e seleção
1Raio do bordo RO raio da aresta depende principalmente do diâmetro da haste a cortar; um R demasiado grande pode achatar demasiado a secção transversal da haste, provocando por vezes mesmo fissuras

Se R for inferior a metade do diâmetro da haste que está a ser cortada, o lado da haste ficará com entalhes, afectando a vida útil da lâmina

O raio do bordo da lâmina também pode ser consultado na Tabela 9, que é encontrado pelo diâmetro da haste a ser cortada
2Tamanho inferior da lâmina AObter dados empíricos das especificações do processo do equipamento

Máquina de corte de 5000kN, A=120~130mm

Máquina de corte de 10000kN, A=130~140mm
3Tamanho da lâmina superior BQuanto menor for o valor de B, melhor, sob a condição de garantir a resistência da lâmina e múltiplas rectificações, pode ser determinado pela seguinte fórmula

B=H-[S+A+(0.3~0.32)Dmin]

Em que H é a altura da abertura da lâmina do leito de cisalhamento (mm)

S é o curso do leito de cisalhamento (mm)
4Altura das lâminas superior e inferior h 1 e h 2A altura do bordo da lâmina das lâminas superior e inferior deve ser igual. Pode ser determinada pela seguinte fórmula

1 =(H+A-B)/2 + (7~10)mm

2 =H-h 1 +(15~20)mm
5Dimensões externas da lâminaEspessura da lâmina C: Tendo em conta principalmente a resistência e a rigidez da lâmina, pode ser selecionada

C = (0,25 a 0,5)D

em que D é o diâmetro da barra a cortar (mm)

A espessura da lâmina C, a largura da lâmina L, também podem ser seleccionadas de acordo com a tonelagem do equipamento, ver Tabela 2-18

O ângulo de inclinação α na abertura da lâmina pode ser considerado como 10°
6Furos para parafusosFuros de parafusos para fixação da lâmina, geralmente 4 furos, ou seja, 2 furos para a lâmina móvel, 2 furos para a lâmina fixa; nalguns casos, 6 furos. Diâmetros dos furos d e D, distâncias entre centros l, l1, h3e o raio da ranhura da cavilha r, todos relacionados com a tonelagem do equipamento, ver Quadro 10

Quadro 9 Raio do gume da lâmina (unidade: mm)

Diâmetro da haste D28~3234~3638~4245~5054~5660~65
Raio do bordo R171922.526.529.534.5
Diâmetro da barra D70~7580~8590~95100110130
Raio do bordo R39.544.550535868

Tabela 10 Dimensões das pastilhas redondas (unidade: mm)

Tonelagem de equipamento/kNdDll1h3rcL
500036552302255560419
1000048722602760680479

(2) Lâminas de ponta quadrada

O aço quadrado é geralmente cortado ao longo da diagonal e as lâminas dividem-se em tipos integrais e combinados. Ver Quadro 11 para a conceção de lâminas de bordo quadrado integral.

Quadro 11 Conceção de lâminas de bordo quadrado integral

Dimensões principais
Não.ParâmetrosCálculo e seleção
1Tamanho da lâmina inferior ARecolher dados empíricos de acordo com o equipamento

Para tesouras de 5000kN e 10000kN, podem ser utilizados 110~120mm
2Tamanho da lâmina superior BB = H - [s + A + 0,7a min ]

Em que H - altura da abertura da lâmina de corte (mm), obtida a partir das especificações do processo do equipamento

s-curso da tesoura (mm), consultar as especificações do processo do equipamento

min -o comprimento mínimo do lado do material quadrado cortado pela mesma lâmina (mm), o comprimento máximo permitido do lado do material quadrado a cortar

Deve situar-se no seguinte intervalo

máximo ≤ 1.25a min
3Altura inferior da lâmina h 1h1= (H + A - B) / 2 + (7 ~ 10) mm
4Altura da lâmina superior h 2h2= H - h1+ (15 ~ 20) mm
5Raio de filete da ranhura da matriz rPara evitar a concentração de tensões e danos na lâmina durante o corte, deve ser utilizado um filete em ângulos rectos, ver Tabela 12
6Dimensões do perfil da lâminaA determinação das dimensões do perfil da lâmina é a mesma que para as lâminas de bordo circular
7Furos para parafusosO desenho e as respectivas dimensões dos orifícios dos parafusos são conformes ao desenho das lâminas de bordo circular

Quadro 12 Raio de filete da ranhura da matriz r (unidade: mm)

Comprimento do lado do material quadrado a<5050~7075~9090~105110~125130~150
Raio de filete r7912151521

(3) Lâmina de gume plano

As lâminas para cortar aço plano podem ser fabricadas com uma aresta plana, como mostra a figura anexa na Tabela 13. Tipo I, ambas as lâminas superior e inferior têm ranhuras, utilizadas para cortar materiais espessos; Tipo II, a lâmina superior não tem ranhuras, ou seja, B é igual a h 2 A fresa de topo é frequentemente utilizada para cortar materiais mais finos. Ambos os tipos cortam ao longo da aresta larga do material plano.

Quadro 13 Design da lâmina de gume plano

Tipo I Dimensões da lâminaTipo II Dimensões da lâmina
Diagrama
Não.ParâmetrosCálculo e seleção
1Tamanho da lâmina inferior ATomar dados empíricos com base na tonelagem do equipamento

Máquina de corte de 5000kN, A = 175mm

Máquina de corte de 10000kN, A = 190mm
Lâmina de tipo II e tipo I

A única diferença é que a lâmina superior não tem uma ranhura, ou seja, B é igual a h2.

Relativamente às dimensões, determinação como acima
2Tamanho da lâmina superior BA borda superior da lâmina (lâmina móvel) deve estar abaixo da borda inferior da lâmina no ponto morto inferior do curso, pode ser determinada pela seguinte fórmula

B = H - S - A + (5 a 10) mm
3Comprimento do bordo CO comprimento do gume é determinado principalmente pelo tamanho do aço plano que está a ser cortado, por conveniência

Durante a retificação, o material deve ser ligeiramente mais largo do que a medida

C = blargura+ (20~30) mm

M = (L - C) / 2 mm
4Alturas superior e inferior da lâmina h2e h1 h1=(H+A-B)/2 + 10mm
h2=H-h1+20mm
5Dimensões da lâminaA determinação das dimensões é a mesma que para as arestas de lâminas circulares
6Furos para parafusosO desenho e as dimensões relevantes dos orifícios dos parafusos são apresentados no desenho do bordo circular da lâmina

3. Fixadores de lâminas

Os elementos de fixação das lâminas incluem principalmente parafusos, pinos de fixação e porcas, concebidos com base na tonelagem do equipamento, ver Quadro 14 e Quadro 15.

Tabela 14 Dimensões dos parafusos e dos pinos de fixação

Tonelagem da máquina de corteParafusoTamanho do parafuso e do pino de fixação/mm
dLlhDKARd1
5000kNParafuso superiorM3320070205225174.59
Parafuso inferiorM3326070205225174.59
10000kNParafuso superiorM4227090287034265.511
Parafuso inferiorM4236090287034265.511

Tabela 15 Dimensões das porcas

Tonelagem/kN da máquina de corteTamanho da porca/mm
dHsDD1
50001M33305057.847
100001M42357080.866

4. Material da lâmina

Durante o processo de corte, a lâmina sofre um desgaste acentuado, pelo que o material utilizado para fabricar a lâmina deve ter uma elevada resistência ao desgaste e a sua dureza deve ser superior ao dobro da do material que está a ser cortado. Para as lâminas de corte a quente, é também necessário um certo nível de dureza a quente, o que significa que a lâmina deve manter a dureza necessária à temperatura de corte.

Ao escolher especificamente, factores como o tamanho da lâmina e o grau do material a cortar também devem ser considerados. A dureza e as aplicações de materiais para lâminas de corte a frio e a quente são apresentadas nos Quadros 16 e 17.

Quadro 16 Dureza e aplicação dos materiais das lâminas de corte a frio

MaterialTratamento térmico Dureza HRCAplicação
Aço-carbono para ferramentasT7, T858~62Utilizado para lâminas pequenas e produzido em pequenos lotes
T9, T1058~62
Liga de aço para ferramentasCr, 9SiCr58~62Utilizado para lâminas grandes, produção em massa em lotes
CrWMn60~62
7Cr3, 8Cr350~55
Cr12Mo, Cr12MoV58~62

Quadro 17 Dureza e aplicação dos materiais das lâminas de corte a quente

MaterialTratamento térmico Dureza HRCAplicação
5CrMnMo42~45Usado para produção em massa em lote com temperaturas de corte acima de 200 ℃
5CrNiMo45~47
3Cr2W8V45~48
5CrW2Si45~50
6CrW2Si45~50
T7, T8, T9, T1055~60Usado para pequenas lâminas e produção de pequenos lotes com temperaturas de corte abaixo de 150 ℃

III. Especificações e capacidade de produção do equipamento de corte

As especificações do equipamento de cisalhamento são apresentadas nos quadros 18 e 19. A capacidade de produção de cisalhamento é indicada nos quadros 20 e 21.

Quadro 18 Especificações do equipamento de cisalhamento especial

Nome do equipamentoModeloCapacidade máxima de corte/mm
Diâmetro do aço redondoComprimento lateral em aço quadrado
Máquina para trabalhar ferroQ34-10Φ3528
Q34-16Φ4540
Q34-16AΦ3835
Q34-25Φ6555
Máquina de corte de barras

(Cama de corte da manivela)
Q42-250Φ90-
Q42-500Φ132125
10000kNΦ190180
12500kNΦ210185
16000kNΦ250 220
Máquina de corte de lingotesQA95-100Φ50 (cisalhamento a frio)50 (cisalhamento a frio)
-150 (cisalhamento a quente)

Quadro 19 Parâmetros técnicos da máquina de corte de barras do tipo Q42

Parâmetros técnicosModelo
Q42-250AQ42-500QA42-500QA42-500AQ42-1000A
Força máxima de corte/kN250050005000500010000
Diâmetro máximo de corte/mmΦ100 (Quando R m ≥450MPa)Φ132 (Quando R m ≥450MPa)Φ105 (Quando R m ≥700MPa)p115 (Quando R m ≥620MPa)Φ190(R m ≥450MPa quando)
Número de cursos/(vezes/min)3018383816
Altura do curso/mm801009090140
Material Intervalo de paragem/mm55 ~500110 ~100065~50065~500120 ~1000
Potência do motor/kW1730403075

Nota: O equipamento listado na tabela é produzido pela Shenyang Forging Machine Tool Factory.

Quadro 20 Capacidade de produção de cisalhamento (I) (Unidade: pcs/h)

Diâmetro em branco/mmDiferentes comprimentos de biletes/mm
100200300400600800100012001400160018002000
Φ202100160014001250800720650590380340300270
Φ301900140013501150760680600540360320290260
Φ401500120011001000660600540490320290260230
Φ5013001000900800520470420380250220200180
Φ601050800720650430390350320210200170150
Φ70 900700630550360330300270180160140130
Φ80800600540480320290260240160140130120
Φ90650500450400260230210190130120110100
Φ10045035031028018016014013090807065
Φ11030037025016014013012080706560
p12025023021014013012011070605550
Φ130200180160110100908055504540
Φ1401501301208070605535302725
Φ15011090805045403525232120

Nota: Os dados da tabela devem ser reduzidos por 20% durante o cisalhamento a quente.

Quadro 21 Capacidade de produção de cisalhamento (II) (Unidade: kt/a)

Nome do equipamentoMassa média de biletes/kg
0.25~0.60.6~1.01.0~1.61.6~2.52.5~4.04.0~6
Cama de cisalhamento de manivelaCorte a frio 1 peça em simultâneo---101215
Corte a frio 2 peças em simultâneo---151822
Corte a quente 1 peça em simultâneo---81012
Corte a quente de 2 peças em simultâneo---121518
Máquina para trabalhar ferro-45.26.58.511
Prensa de manivela1.32.34---
Máquina de serrar0.060.080.10.140.210.27
Nome do equipamentoMassa média do branco/kg
6 a 1010 a 1616 a 2525 a 4040 a 6060 a 100
Cisalhamento da manivelaCorte a frio simultâneo de 1 peça182226313643
Corte a frio simultâneo de 2 peças2733394554-
Corte a quente simultâneo de 1 peça141821242934
Corte a quente simultâneo de 2 peças2226313643-
Máquina para trabalhar ferro14182327--
Prensa de manivela------
Máquina de serrar0.40.480.60.9--
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