Zespół
dr hab. inż. Jarosław Kaczmarczyk

Istota wynalazku

Obecnie do przecinania pakietów blach coraz częściej w przemyśle krajowym jak i zagranicznym stosuje się gilotyny z uwagi na ich dużą wydajność w procesie cięcia w porównaniu z wydajnością przecinania pojedynczych blach na nożycach. W ramach pracy została zaprojektowana i skonstruowana nowatorska gilotyna do cięcia pakietów blach umożliwiająca regulację wielu parametrów procesu. Możliwość zmiany szeregu nastaw maszyny ułatwia przeprowadzenie optymalizacji procesu cięcia, mającej na celu poprawę jakości ciętych pakietów blach rozumianej w sensie zmniejszenia ilości defektów jak i optymalizację prędkości cięcia ze względu na dopuszczalne wartości temperatury. Zbyt wysoka temperatura generuje powstawanie defektów na powierzchni ciętych pakietów blach.

Zaletą tak skonstruowanego stanowiska badawczego jest również możliwość eksperymentalnego wyznaczania przebiegów siły i temperatury w funkcji czasu w procesie cięcia w zależności od geometrii pakietu, tzn. od grubości pojedynczych blach w pakiecie, wysokości pakietu czy długości odcinanych blach różnych metali celem optymalizacji procesu cięcia.

Zaprojektowana i zbudowana od podstaw gilotyna do cięcia pakietów blach w odróżnieniu od tradycyjnych maszyn stosowanych w przemyśle pozwalających na przecinanie tylko pod pewnym ustalonym kątem, charakteryzuje się możliwością cięcia pod dowolnym kątem w pewnym określonym zakresie od 35° do 90° w odniesieniu do roboczej powierzchni poziomego stołu gilotyny.

Gilotyna napędzana jest serwomotorem wyposażonym w przekładnię o zębach walcowych skośnych służącą do redukcji prędkości obrotowej na wyjściu. Serwomotor włączany jest tylko w czasie cięcia pakietów, co pozwala na wydłużenie jego żywotności, oszczędność energii oraz niepowodowanie hałasu w trakcie przygotowywania kolejnego pakietu do przecinania.

Pakiety blach układane są na poziomej roboczej powierzchni nieruchomego stołu gilotyny i następnie wsuwane do ruchomego mechanizmu dociskowego i ustawiane na jego płycie, w której rowku zamocowana jest plastikowa wkładka mająca za zadanie zamortyzowanie uderzenia noża po przecięciu ostatniej blachy w pakiecie.
Projekt gilotyny opracowano przy użyciu systemu komputerowego CAD. Jest to system wielomodułowy wspomagający projektowanie części mechanicznych. Umożliwia on przygotowanie szkiców, rysunków detali, jak również definiowanie podzespołów i zespołów.

Zgodnie z wcześniej opracowanym zapisem postaci konstrukcyjnej zostało wykonane przy współudziale Śląskich Technicznych Zakładów Naukowych w Katowicach stanowisko badawcze do cięcia pakietów blach. Na stanowisku badawczym znajdującym się w pomieszczeniu laboratoryjnym Katedry Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej Politechniki Śląskiej zostały przeprowadzone kompleksowe badania doświadczalne.

Stanowisko badawcze zostało zbudowane w ramach projektu finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego w latach 2008-2011, grant nr N N503 326435.

Korzyści

Nowatorskie stanowisko badawcze umożliwia przecinanie pakietów blach różnych metali i ich stopów pod dowolnym kątem w zakresie od 35º do 90º względem poziomej roboczej powierzchni stołu. Zmiana kąta ma na celu redukcję maksymalnych wartości sił działających bezpośrednio na ostrze w trakcie procesu cięcia. Zmniejszanie wartości siły na ostrzu wpływa korzystnie na redukcję liczby losowo pojawiających się defektów w pakietach blach przy jednoczesnym wydłużeniu żywotności ostrza narzędzia tnącego. Dodatkowym atutem maszyny jest możliwość cięcia pakietów o różnych wysokościach na określoną długość i szerokość. Zastosowanie mechanizmu korbowo-wodzikowego o regulowanej długości korby i wodzika pozwala na minimalizowanie poboru energii elektrycznej z sieci zasilającej w trakcie procesu cięcia.

Opracowana gilotyna może posłużyć w przyszłości do dalszych badań naukowych oraz jako stanowisko laboratoryjne dla studentów kierunków mechanicznych oraz mechatronicznych Politechniki Śląskiej.

Potencjał komercjalizacji

Maszyna może posłużyć do przecinania na skalę przemysłową nie tylko pakietów blach różnych metali i ich stopów ale również do przecinania pakietów z coraz powszechniej stosowanych tworzyw sztucznych. Można ją również zastosować w przemyśle papierniczym do przecinania ryz papieru. Dzięki opracowanej uniwersalnej postaci konstrukcyjnej stanowiska istnieje możliwość eksperymentalnego wyznaczania szybkozmiennych odkształceń, naprężeń i temperatury w bezpośredniej strefie cięcia. Otrzymane wyniki pozwalają określić optymalne nastawy maszyny pożądane w procesie cięcia minimalizujące wartości sił i temperatur przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości ciętych powierzchni blach oraz umożliwiają redukcję ilości odpadów.

Tak przygotowane stanowisko badawcze do cięcia pakietów blach może posłużyć w przyszłości do wdrażania innowacyjnych technologii związanych z procesem cięcia zarówno w zakresie stosowania nowych materiałów jak i prowadzenia testów na skalę przemysłową.