86

Ćwiczenie 6

CIĘCIE, GIĘCIE BLACH I PROFILI

Celem ćwiczenia jest:

- poznanie przebiegu procesu oraz sposobów cięcia,
- poznanie przebiegu procesu oraz sposobów gięcia,
- określenie wpływu szczeliny na parametry technologiczne procesu i na dokładność

wymiarową elementów ciętych,

- określenie wpływu promienia, kąta gięcia na wartość i znak kąta sprężynowania.

1. ANALIZA PROCESU CIĘCIA.

1.1.WSTĘP.

W procesach kształtowania blach za pomocą obróbki plastycznej można

wyodrębnić dwie podstawowe grupy operacji:

• operacje związane z rozdzieleniem materiału,

• operacje plastycznego kształtowania.

Do pierwszej z tych grup zaliczamy operację technologiczną związaną z cięciem a do
drugiej gięcie.

W celu utraty spójności materiału trzeba doprowadzić do koncentracji naprężeń w

miejscu rozdzielenia. Ze względu na sposób koncentracji, proces cięcia dzielimy na
dwie podstawowe grupy:

• za pomocą dwu elementów tnących,

• za pomocą jednej krawędzi tnącej.

87

Najczęściej stosowane jest rozdzielenie materiału za pomocą dwu elementów

tnących.
Cięcie blach można realizować na nożycach i na wykrojnikach. Cięcie blach za
pomocą wykrojników nosi nazwę wykrawania. Operację rozdzielenia materiału za
pomocą nożyc stosuje się w procesie produkcji blach i taśmy oraz przy kształtowaniu
wyrobów w produkcji jednostkowej, względnie małoseryjnej. Ze względu na koszty
wykonania wykrojników cięcie z wykorzystaniem tych przyrządów stosowane jest
tylko do produkcji seryjnej wyrobów. Przyrządy te przystosowane są do pracy na
prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Podstawowe operacje cięcia za pomocą
wykrojników to:

wycinanie,dziurkowanie,odcinanie,przycinanie,nadcinanie,okrawanie,rozcina-
nie.

Operacje cięcia praktycznie realizowane są w ten sposób, że przy przemieszczaniu

przesuniętych względem siebie krawędzi tnących wywierany na materiał nacisk
powoduje naruszenie jego spójności. Wielkość tego przesunięcia zależy od grubości
ciętego materiału i od jego własności.

1.2.PRZEBIEG PROCESU CIĘCIA

Analiza przebiegu procesu cięcia oparta zostanie na cięciu za pomocą dwu

elementów tnących. W takim typie operacji technologicznej może wystąpić kilka faz
(rys.1.1).

Rys.1.1 Kolejne fazy procesu cięcia [2]

W pierwszej fazie cięcia, zwanej sprężysto-plastyczną, siły wywierane na blachę

przez zbliżające się do siebie krawędzie tnące są względem siebie przesunięte, co
powoduje powstanie momentu odpowiedzialnego za wybrzuszenie blachy. Jego
wartość można wyznaczyć z iloczynu siły i przesunięcia(rys.1.2). Przemieszczające

88

się względem siebie krawędzie tnące powodują, że obszary przylegania zmniejszają
się a w ich pobliżu następuje koncentracja naprężeń i odkształceń sprężystych, które
przy wzroście obciążenia wyzwalają lokalne uplastycznienie materiału. Rozpoczyna
się ono z chwilą, gdy naprężenia tnące osiągną odpowiednią wartość.

Rys.1.2. Siły występujące przy wykrawaniu [2]

Dalszy wzrost przemieszczenia narzędzi tnących powoduje powiększenie

obszarów uplastycznionych obejmując swoim zasięgiem całą grubość ciętego
materiału. W konsekwencji prowadzi to do przejścia do drugiej fazy zwanej fazą
plastycznego płynięcia.
Występuje przy tym płynięcie materiału w pobliżu powierzchni pękania, jak również
przemieszczanie elementu wycinanego względem pozostałego materiału.
Wykres siły w funkcji drogi stempla pokazano na rys.1.1.W pierwszej fazie cięcia siła
działająca na stempel stale narasta, osiągając na początku drugiej fazy punkt
oznaczony literką „a” (rys.1.1). Dalszy przebieg siły zależny jest w sposób istotny od
rodzaju ciętego materiału.
W przypadku, gdy materiał nie ulega umocnieniu pod wpływem odkształceń, w
wyniku zmniejszania się grubości ciętego materiału następuje spadek siły. Stan ten
obrazuje linia przerywana na rys.1.1. W większości materiały, z którymi mamy do
czynienia, ulegają umocnieniu i mimo zmniejszania się grubości następuje wzrost siły
cięcia do wartości Pmax.
Towarzyszy temu również wzrost naprężeń tnących, które mogą osiągnąć wartość
krytyczną dla danego materiału i wystąpi utrata spójności. Rozpoczyna się wtedy
trzecia faza procesu cięcia, faza pękania (rys.1.1). Przy krawędziach tnących, a więc
miejscach o największej koncentracji naprężeń pojawiają się pierwsze pęknięcia.
Zależą one w sposób istotny od rodzaju materiału. I tak pęknięcie materiałów
twardych może wystąpić wcześniej a bardzo plastycznych przy końcu procesu cięcia.

Występujące w czasie procesu cięcia fazy znajdują swoje odbicie w wyglądzie

powierzchni przecięcia. Na rysunku 1.3 przedstawiono w sposób poglądowy wygląd
powierzchni przecięcia.

89

Rys.1.3.Wygląd powierzchni przecięcia [2]

Na podstawie obserwacji powierzchni w ciętym elemencie można wyróżnić

następujące strefy:
a - zaokrąglenie powierzchni blachy w sąsiedztwie powierzchni rozdzielenia;

zapoczątkowane w fazie sprężysto-plastycznej,

b - walcowa powierzchnia pękania o błyszczącym i gładkim wyglądzie z możliwymi

rysami usytuowanymi równolegle do osi otworu; powstała w fazie plastycznego
płynięcia,

c - powierzchnia pęknięcia pochylona do kierunku cięcia, chropowata i matowa

powstała w fazie pękania,

d - zadzior utworzony na powierzchni pękania, powstały głównie przy cięciu z

niewłaściwym luzem oraz przy cięciu nie ostrą krawędzią tnącą.

Podobne strefy, ale w odwrotnej kolejności, występują na drugiej powierzchni
ciętego elementu(rys.3). Udział poszczególnych stref zależy od wielkości luzu.

1.3. WPŁYW LUZU NA PRZEBIE PROCESU CIĘCIA.

Podstawowym parametrem, wpływającym na przebieg procesu cięcia jak i stan

powierzchni pękania, jest luz. Pojęciem tym określona jest różnica między średnicą
matrycy a średnicą stempla( luz bezwzględny). Różnica ta odniesiona do grubości
ciętego materiału nosi nazwę luzu względnego. Luz względny podawany jest także w
procentach grubości materiału ciętego. Odległość między krawędziami tnącymi
stempla i matrycy nosi nazwę szczeliny. Podwojona wartość szczeliny równa jest
luzowi bezwzględnemu. Jak z tego wynika, luz nie zależy od wzajemnego

położenia

90

narzędzi tnących. Szczelina natomiast zależna jest i przy współosiowym ustawieniu
narzędzi tnących jest jednakowa na całym obwodzie.

Stan naprężenia przy cięciu można określić jako ścinanie ze zginaniem, przy

czym udział zginania jest tym większy im większy jest luz. Przy pewnej wartości
luzu, zwanej luzem optymalnym, pęknięcia rozchodzące się od obu krawędzi
tnących spotykają się tworząc linię pękania zbliżoną kształtem do litery S (rys.1.4).
W przypadku cięcia z luzem znacznie mniejszym od optymalnego pęknięcia
rozchodzące się od strony stempla i matrycy są przesunięte względem siebie,
ponieważ pęknięcia od strony krawędzi płyty tnącej zatrzymują się w strefie naprężeń
ściskających pochodzących od zginania. Całkowite rozdzielenie materiału odbywa się
ponownie wskutek odkształceń plastycznych. Elementy cięte z luzem znacznie
mniejszym od optymalnego charakteryzują się obecnością dwóch stref błyszczących
o kierunkowej strukturze chropowatości przedzielonej strefą matową bez
ukierunkowania struktury chropowatości.

Rys.1.4.Wpływ luzu na przebieg pękania [1]

Strefy błyszczące powstają w fazie cięcia i cięcia wtórnego, a matowa jako strefa

pękania.
W wyjątkowych przypadkach, przy cięciu materiałów o dużej grubości i przy luzach
zmniejszonych może pojawić się więcej stref cięcia wtórnego.

91

W czasie cięcia z luzem większym od optymalnego przedmiot wycinany

charakteryzuje się cienkim paskiem błyszczącym oraz znacznym pochyleniem
powierzchni pęknięcia.

Wartość luzu optymalnego zależy od rodzaju i grubości ciętego materiału. Im

twardszy i grubszy materiał tym luz musi być większy. W nowych narzędziach do
wykrawania stosowany jest tzw. luz normalny który zapewnia, ze względu na siłę i
pracę wykrawania, optymalne warunki cięcia w całym okresie użytkowania
narzędzia. Luz ten przyjmuje się w dolnej granicy luzów optymalnych lub nieco
mniejszy. Trzeba pamiętać, że przy cięciu z luzem mniejszym od optymalnego
występują duże odkształcenia plastyczne poprzedzające pękanie materiału, co
wymaga dużych sił wykrawania a to w sposób znaczny obniża trwałość narzędzi.
Zmniejszenie siły wykrawania uzyskać można przez zwiększenie luzu ponad wartość
optymalną, ale to z kolei powoduje wyginanie wyrobów. Biorąc powyższe informacje
tyczące luzu po uwagę narzędzie do cięcia wykonywane są z luzem normalnym.
W tabeli 1 podano przykładowe wartości luzu normalnego.
Musimy pamiętać o tym, że mniejsze wartości luzów przyjmuje się dla materiałów
miękkich i plastycznych a większe dla twardych i kruchych.

Tabela1.Wartość luzu normalnego w % grubości blachy [4]

Grubość g [mm]

do 1

1 - 2

2 - 3

3 - 5

5 - 7

Luz [%]

5 - 7

6 - 8

7 - 9

8 - 10

9 - 11

1.4. SIŁA I PRACA CIĘCIA.

Z wykresu siły w funkcji drogi stempla pokazanego na rys.1.1 wynika, że w

miarę zagłębiania się narzędzi tnących w materiał siła ulega zmianie. W momencie
pojawienia się pierwszych odkształceń plastycznych następuje zmniejszenie
przekroju ścinanego, pomimo tego nadal obserwujemy wzrost siły cięcia. Zjawisko to
obserwujemy tak długo, dopóki wpływ umocnienia materiału wynikającego z
odkształceń plastycznych nie zostanie skompensowany zmniejszeniem ścinanego
przekroju. Maksymalną wartość siły cięcia można obliczyć w przybliżeniu ze wzoru:

= k· R

max

P

t

· S = k· R

t

·g·∑

l

(1)

gdzie: S=g·∑l – powierzchnia ścinana, R

t

- wytrzymałość materiału na ścinanie, ∑l-

suma długości linii cięcia, k- współczynnik zależny od luzu(k=1,1-1,3).

Współczynnik k uwzględnia wzrost siły cięcia spowodowany zużyciem krawędzi

tnących jak również naciskiem materiału wykrawanego na powierzchnię boczną
narzędzia.
Wytrzymałość materiału na ścinanie można wyznaczyć z zależności R

t

=0,8·R

m

gdzie

R

m

jest wytrzymałością materiału na rozciąganie. Wartości R

t

podano w tabeli 2.

92

Tabela 2. Wytrzymałość materiału na ścinanie [1]

Wytrzymałość na ścinanie, R

t

[MPa]

Materiał

Stan miękki Stan

wyżarzony

Aluminium
Miedź
Mosiądz
Stal zaw.max 0,40 % C
Stal zaw. max 0,24 % C
Stal kwasoodporna

60 - 90

16 - 220

250 - 320
270 - 340
340 - 420
520 - 560

100 - 150
250 - 300
360 - 480

600 - 800

Papier
Guma

20 - 40

6 - 10

Siła cięcia jest jedną z kilku sił występujących w tym procesie. Przy cięciu

wzdłuż linii nie- zamkniętej proces cięcia kończy się w momencie połączenia się
pęknięć występujących w materiale. Odcięty w ten sposób element opada pod
własnym ciężarem. Inaczej wygląda sytuacja przy cięciu po linii zamkniętej. Dla
tego przypadku wyróżnić możemy jeszcze dwie charakterystyczne siły, są to: siły
potrzebne do zepchnięcia materiału ze stempla i wypchnięcia wykrojonego wyrobu
przez płytę tnącą. Wartość pierwszej z tych sił P

z

wynosi od ok.0,02 P

max

do ok.0,2

P

max

. Przy czym mniejsze wartości przyjmujemy dla blach cienkich i przy cięciu

jednym stemplem a większe przy blachach grubych i wielu stemplach.
Jeżeli idzie o siłę P

p

niezbędną do przepchnięcia wyciętego elementu przez płytę

tnącą to wartość jej możemy oszacować ze wzoru

max

P

k

g

a

P

p

p

=

(2)

gdzie: g- grubość ciętego materiału, a- wysokość walcowej części płyty tnącej, k

p

-

współczynnik zależny od kierunku wypychania elementu wyciętego.
Wartość współczynnika tego wynosi od ok.0,05-0,1 przy przepychaniu wyrobu w
kierunku ruchu stempla, lub 0,07-0,15 przy przepychaniu w kierunku przeciwnym do
kierunku roboczego ruchu stempla

.

Trzeba pamiętać, że na wartości sił P

z

i P

p

w sposób istotny ma wpływ wartość

luzu. Zmniejszenie luzu poniżej wartości luzu normalnego powoduje wzrost ich
wartości natomiast zmniejszenie spadek.
Pracę cięcia W przedstawia pole pod krzywą siły cięcia w funkcji przemieszczania
narzędzia tnącego(rys.1.1). Wartość pracy wykrawania określić można z zależności
:

93

(3)

( )

(

)

δ

η

+

=

=

∫

g

P

ds

s

P

W

s

max

0

gdzie: P(s)- zależność siły w funkcji drogi stempla, s- skok suwaka prasy, δ-
głębokość wnikania stempla w otwór matrycy, g- grubość, η- współczynnik
wypełnienia wykresu.

Współczynnik ten przedstawia stosunek pola wykresu ograniczonego krzywą do

pola prostokąta o wymiarach P

max

i (g+δ).Opisać to można za pomocą wzoru

( )

(

)

δ

η

+

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

∫

g

P

ds

s

P

s

max

0

(4)

Wartość tego współczynnika jest tym mniejsza im cięta blacha jest grubsza i ma

większą skłonność do pękania. Można przyjąć, że zawiera się w przedziale od 0,45
do 0,65.
Wartość pracy i siły cięcia wykorzystywana jest przy doborze maszyn(pras, nożyc)
do operacji cięcia.

1.5. PODSTAWOWE OPERCJE ZWIĄZANE Z CIĘCIEM.

Do podstawowych operacji związanych z rozdzieleniem materiału zaliczamy

operacje cięcia prętów i kształtowników, cięcia blach na nożycach i na wykrojnikach.
W pierwszym sposobie cięcia otrzymuje się przeważnie półfabrykaty do obróbki
objętościowej. Cięcie na nożycach stosujemy najczęściej do rozdzielenia materiału
wzdłuż linii niezamkniętej. Natomiast cięcie na wykrojnikach można realizować
wzdłuż linii zamkniętej. Przykładowe sposoby cięcia na wykrojnikach i na nożycach
pokazano w tabeli 3a i 3b.

94

Tabela3a. Przykładowe sposoby cięcia na wykrojnikach i nożycach [2]

95

Tabela 3b. Przykładowe sposoby cięcia na wykrojnikach i nożycach [2]

2. ANALIZA PROCESU GIĘCIA.

Gięcie jest procesem kształtowania przedmiotów z blach, prętów, kształtowników,

drutów i rur polegającym na trwałym odkształceniu materiału pod wpływem momentu
zginającego, bez naruszenia jego spójności. W operacji tej zostaje zachowana
prostoliniowość tworzących, zmiana krzywizny kształtowanego materiału zachodzi w
jego płaszczyźnie. Proces gięcie realizowany jest na zimno jak i na gorąco.
Biorąc pod uwagę stosowany do kształtowania elementów typ maszyn wyróżnić
można następujące metody gięcia:
- na prasach,
- za pomocą walców,
- za pomocą przeciągania.

96

Gięcie na prasach jest najczęściej stosowanym sposobem kształtowania wyrobów

giętych.
Natomiast za pomocą przeciągania wytwarza się różnego rodzaju rury, kształtowniki z
taśm i pasków blachy. Gięcie za pomocą walców służy do produkcji rur ze szwem,
płaszczy zbiorników wytwarzanych z blach o różnej grubości i szerokim zakresie
wymiarów. Metoda ta z powodzeniem znalazła zastosowanie do prostowania blach,
taśm, prętów i drutów.

Gięcie obejmuje operacje lub zabiegi typu: wyginania, zaginania, zwijania,

zawijania, profilowania, skręcania, prostowania i wyginania. Operacje typu
wyginanie, zaginanie, zwijanie i profilowanie wykonywane są na prasach. Zwijanie
przeprowadza się na zwijarkach między trzema rolkami lub przez owijanie na
obracającym się bębnie. Profilowanie realizowane jest metodą walcowania
wzdłużnego między dwoma walcami. Skręcanie przeprowadzić można na skręcarce
lub wykorzystując do tego rolki skręcające. Prostowanie przeprowadzić można za
pomocą pras bądź z wykorzystaniem układu walców. Przy gięciu na prasach otrzymać
możemy nie tylko określone elementy, ale długie kształtowniki o złożonych
przekrojach poprzecznych. Do ich produkcji wykorzystywane są specjalne prasy
zwane krawędziowymi, umożliwiają one gięcie kształtowników o długości
dochodzącej nawet do kilku metrów. W tabelach 4 i 5 w sposób schematyczny
przedstawiono podstawowe sposoby gięcia. Przy realizacji procesu gięcia wyróżnić
możemy trzy fazy:
- gięcie sprężyste,
- gięcie plastyczne,
- dotłaczanie.

W przypadku gięcia jego cechą charakterystyczną jest zmiana krzywizny osi

kształtowanego przedmiotu. Odkształcenia gięcia można przeprowadzać do

pewnej

wartości naprężenia, po przekroczeniu której nastąpi uszkodzenie giętego
przedmiotu. Po stronie rozciągania powstać mogą pęknięcia a po stronie
ściskanej fałdy.

Zjawisko pękania nastąpić może przy pewnej krytycznej wartości

promienia gięcia, dla której to zostanie naruszona spójność materiału. Wartość
tego granicznego promienia gięcia w sposób istotny zależy od plastyczności
materiału. Metale bardzo plastyczne, przy tych samych grubościach
kształtowanych elementów, można zginać na znacznie mniejsze promienie niż
materiały twarde. Pamiętać należy o położeniu linii gięcia w stosunku do
kierunku walcowania. Najmniejszy promień można zastosować, gdy linia
gięcia jest prostopadła do kierunku walcowania. Bardzo duże znaczenie mają
również różnego rodzaju wady powierzchniowe , do których zaliczyć możemy:
nierówności, naderwania i rysy. Ich wpływ jest szczególnie mocny, kiedy
znajdują się po stronie działających naprężeń rozciągających przyspieszając
pękanie materiału. Z tego powodu elementy wykrawane należy giąć w ten

97

sposób, aby zadzior, przy którym występują poprzeczne pęknięcia, znajdował
się zawsze po stronie działających naprężeń ściskających. Fałdowanie w
wyrobach giętych powstać może przy naprężeniach ściskających
wywołujących utratę stateczności. Przeciwdziałać temu można stosując
dociskacze lub wprowadzając dodatkowe naprężenia rozciągające.
Podczas proces gięcia należy pamiętać, że w czasie jego realizacji następuje
najczęściej zmiana kształtu przekroju poprzecznego elementu giętego.
Spowodowane jest to zwiększaniem się wymiarów poprzecznych warstw
ściskanych oraz zmniejszaniem się wymiarów warstw rozciąganych. Zmiany te
są szczególnie duże przy gięciu elementów cienkościennych. Cienkościenne
detale poddane ściskaniu mogą również ulec miejscowemu wyboczeniu, co w
konsekwencji prowadzi do fałdowania. Aby zapobiec temu zjawisku w giętym
elemencie wywołuje się dodatkowe duże naprężenia rozciągające, których
zadaniem jest zmniejszeni wartości naprężeń w strefie ściskanej.

98

Tabela 4. Sposoby gięcia [3]

99

Tabela 5. Podstawowe operacje gięcia [3]

100

2.1. ROZKŁAD ODSZTAŁCEŃ I NAPREŻEŃ PRZY GIĘCIU.

Przy realizacji procesu gięcia prostoliniowego odcinka blachy lub pręta w

warstwach zewnętrznych zginanego elementu wystąpią naprężenia rozciągające a w
warstwach wewnętrznych ściskające. Na rysunku 2.1 pokazano rozkład odkształceń i
towarzyszących im naprężeń w różnych fazach procesu gięcia.

Na rysunku 2.1a pokazano zależność między naprężeniem a odkształceniem dla

przypadku jednoosiowego rozciągania lub ściskania. Zależność ta pozwoli wyznaczyć
rozkład naprężeń uzyskany pod wpływem przyłożonego momentu zginającego.

Przy obciążaniu wzrastającym momentem gnącym naprężenia jak i odkształcenia

wzrastają, przy czym w zakresie odkształceń sprężystych ich rozkład jest
liniowy(rys.2.1b i c).Faza ta kończy się z chwilą, gdy odkształcenia i naprężenia
osiągną wartości Є

p

i б

p

. Przy dalszym wzroście obciążenia, już w zakresie

odkształceń plastycznych, zachowany zostaje w przybliżeniu liniowy rozkład
odkształceń zarówno w strefie sprężystej jak i plastycznej (rys.2.1d). Pozwala to na
podstawie rys.2.1a na wyznaczenie rozkładu naprężeń, który to w strefach
uplastycznionych ma zarys krzywoliniowy, ponieważ poszczególne warstwy
zginanego materiału ulegają różnemu umocnieniu(rys.2.1e). Wraz ze wzrostem
momentu gnącego występuje większy udział stref uplastycznionych w giętym
elemencie jak również wzrost naprężeń w przekrojach poprzecznych. Po
zakończonym procesie gięcia rozkład odkształceń i naprężeń jest zbliżony do tego,
jaki pokazano na rys.2.1d, e. Omawiany dotychczas rozkład naprężeń i odkształceń
występuje przy obciążaniu gdzie zarówno moment zginający jak i krzywizna
stopniowo wzrastają. Przy odciążeniu następuje częściowe wyprostowanie
zakrzywionego pręta a moment gnący osiągnie wartość zero. W materiale pozostaną
naprężenia własne o rozkładzie pokazanym na rys.2.1i. Jak widać z tego rysunku, w
warstwie zewnętrznej która w czasie procesu gięciu podlegała rozciąganiu, pojawiają
się ściskające naprężenia własne i na odwrót w skrajnych warstwach wewnętrznych
powstają naprężenia rozciągające

. Przykładowy wygląd prasy krawędziowej

stosowanej w operacji gięcia pokazano na rys.2.2

101

Rys.2.1 Rozkład odkształceń i naprężeń podczas gięcia [1]

102

Rys.2.2.Prasa krawędziowa firmy DURMA

2.2.WYZNACZANIE WYMIARÓW PRZEDMIOTÓW GIĘTYCH.

Znajomość położenia warstwy neutralnej pozwala na określenie długości

wyjściowej materiału potrzebnej do uzyskania wyrobu o określonych wymiarach.
Położenie warstwy zerowego wydłużenia zależy od rodzaju materiału, jego grubości
i parametrów gięcia. Zaliczyć do nich możemy przede wszystkim kąt gięcia, promień
gięcia, siłę dogniatania oraz siłę tarcia. W przypadku, gdy wewnętrzny promień gięcia
jest większy od sześciu grubości giętego materiału to przyjmuje się, że warstwa
neutralna leży w połowie grubości materiału.
Przy promieniu mniejszym od sześciu grubości położenie warstwy neutralnej
przesuwa się w kierunku warstw ściskanych i znajduje się w odległości X·g od
wewnętrznej powierzchni gięcia. W przypadku tym zaobserwować można pocienienie
materiału w obszarze gięcia. W tabeli 6 podano wartości współczynnika X w funkcji
r/g. Wartości te dotyczą stali miękkiej zginanej o kąt 90º.W przypadku dokładnego
ustalenia długości, wymiary elementu giętego ustala się doświadczalnie.

Tabela 6.Wartości współczynnika X [3]

r/g 0,5 0,8 1,0 2 3 5
X 0,25 0,30 0,35 0,37

0,40 0,48

Podczas gięcia pasów blachy oraz kształtowników o cienkiej ściance, występujące

naprężenia ściskające mogą być przyczyną fałdowania ścianek. W tych przypadkach,
żeby wyeliminować to zjawisko, należy zrealizować w materiale dodatkowe
naprężenia rozciągające, które zredukują naprężenia

ściskające,

co w konsekwencji

103

spowoduje przesunięcie warstwy neutralnej w kierunku krawędzi wewnętrznej lub też
poza nią. Ten sposób gięcia nosi nazwę gięcia z rozciąganiem. W przypadku gięcia rur
naprężenia rozciągające, występujące po stronie zewnętrznej giętego elementu
powodują pocienienie ścianki, a naprężenie ściskające występujące po stronie
wewnętrznej, jej zgrubienie oraz owalizację przekroju, której stopień zależy od
promienia gięcia, sposobu gięcia oraz stosunku grubości ścianki do jej średnicy.
Przeważnie, aby zmniejszyć do minimum owalizację przekroju w czasie gięcia rur
stosuje się odpowiednie wzorniki umieszczone w jej wnętrzu.
W czasie gięcia rur, prętów czy to blach należy pamiętać o dopuszczalnym dla danych
warunków promieniu gięcia. Przy zbyt małych promieniach gięcia pojawiają się
pęknięcia na zewnętrznej(rozciąganej) powierzchni elementów giętych. Zjawisko to
ogranicza nam gięcie na zimno.

Minimalne promienie gięcia zależą między innymi od:

- rodzaju i stanu materiału(wyżarzony, półtwardy, itp.),
- położenia linii gięcia w stosunku do kierunku walcowania,
- stanu powierzchni( np. nierówności, naderwania).
Im większy kąt między kierunkiem walcowania a kierunkiem gięcia tym można
dopuścić mniejsze promienie gięcia. Jak już wspomniano wcześniej, elementy
posiadające zadziory i naderwania należy tak ustawić podczas gięcia aby znajdowały
się po stronie ściskanej.

W zależności od stanu materiału i położenia linii gięcia w stosunku do kierunku

walcowania, minimalne promienie gięcia w zależności od grubości giętego materiału
wynoszą:
- dla aluminium ( 0 ÷ 0,8 )g
- dla mosiądzu ( 0 ÷ 0,8 )g
- dla stali miękkiej ( 0,4 ÷ 0,8 )g
- dla stali St5 ( 0,3 ÷ 0,8 )g

Bazując na analizie procesu gięcia przedstawionej wcześniej należy pamiętać, że

w procesie tym występuje odkształcenie powrotne zwane sprężynowaniem. Po
zakończonym gięciu i usunięciu obciążenia odkształcenia sprężyste powodują
niezamierzoną zmianę kształtu kształtowanego elementu. Zjawisko zmiany kształtu po
odciążeniu nazywa się sprężynowaniem lub powrotnym odkształceniem sprężystym.
Z tego też względu, w celu otrzymania żądanego kształtu, należy części robocze
narzędzi kształtujących odpowiednio skorygować.

Sprężynowanie materiału zależy od następujących czynników:

- własności mechanicznych giętego materiału,
- rodzaju materiału i jego umocnienia,
- stopnia odkształcenia określonego stosunkiem wewnętrznego promienia gięcia do

grubości materiału -kąta gięcia,

- kształtu wyrobu,
- sposobu gięcia,
- końcowej siły gięcia, tzw. siły dogniatania

.

104

Ze względu na dużą liczbę czynników wpływających w sposób istotny na kąt

sprężynowania, teoretyczne ustalenie jego wartości jest mało precyzyjne.
Orientacyjne wartości kątów sprężynowania dla przypadku gięcia swobodnego pod
kątem 90º podano w tabeli 7.
Dokładne wartości kąta sprężynowania należy ustalić w sposób doświadczalny. Dla
gięcia z rozciąganiem sprężynowanie materiału może praktycznie nie występować.

Tabela 7.Orientacyjne wartości kąta sprężynowania.[3]

Grubość materiału g [mm]

Materiał

Stosunek

r ÷ g

do 0,8

0,8-2

powyżej 2

Stal miękka R

m

≈350 MPa

blacha stalowa tłoczna, mosiądz miękki R

m

<350 MPa, aluminium, cynk

do 1
4-5
powyżej 5

4
5
6

2
3
4

0
1
2

Stal średniej twardości
R

m

=400-500 MPa, mosiądz twardy, R

m

=350-400MPa, brąz twardy

do 1
1-5
powyżej 5

5
6
8

3
4
5

1
2
3

Stal twarda
R

m

> 550 MPa

do 1
1-5
powyżej 5

7
9

12

4
5
7

2
3
5

Należy pamiętać, że decydujący wpływ na kąt sprężynowania materiału ma

promień gięcia.
Im większy promień gięcia tym większe jest sprężynowanie. W przypadku gięcia
wyrobów w kształcie litery V, o bardzo małym promieniu gięcia, może wystąpić
sprężynowanie materiału o ujemnej wartości. Przejawia się to tym, że po odciążeniu
kąt gięcia jest mniejszy od kąta w czasie realizacji procesu gięcia.

W tabeli 8 podano przybliżone wzory potrzebne do obliczenia siły gięcia. Wzory

te mogą posłużyć do wstępnego określenia sił występujących w wybranych sposobach
kształtowania blach w procesie gięcia. Nowoczesne prasy krawędziowe stosowane do
operacji gięcia mają wbudowany układ korekcyjny. Przewidywanie wartości kąta
sprężynowania odbywa się z wykorzystaniem systemów ekspertowych.

105

Tabela 8. Przybliżone zależności do obliczenia siły gięcia. [3]

106

Na rys.2.3 pokazano zdjęcie wykrawarki do blach a na rys.2.4 wykrojnika
jednoczesnego.

Rys. 2.3 Hydrauliczna wykrawarka firmy Durma typ TP9

.

Rys.2.4. Wykrojnik jednoczesny

107

3. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA.

Cel:

Określenie wpływu szczeliny na jakość i dokładność wymiarową elementów ciętych.
Określenie wpływu promienia, kąta gięcia na wartość i znak kąta sprężynowania.

Przebieg ćwiczenia:
W celu zrealizowania części doświadczalnej ćwiczenia należy:

1. Określić wymiary próbek i własności ciętych materiałów.
2. Na podstawie wymiarów narzędzi zastosowanych w ćwiczeniu określić wielkość
luzu i szczeliny.
3. Przeprowadzić proces cięcia na próbkach z różnych materiałów i dla różnych
luzów.
4. Scharakteryzować powierzchnię przecięcia ze względu na udział poszczególnych
stref.
5. Dobrać wymiary próbek do gięcia.
6. Wyciąć próbki do gięcia na gilotynie.
7. Przeprowadzić gięcie próbek za pomocą wyginaków o kącie wierzchołkowym 90º i
promieniach gięcia r =2,5 i 10 mm.
9. Próbki należy obciążać do ustalonych wcześniej sił.
10. Po zakończonym procesie korzystając z kątomierza optycznego określić wartość

kąta sprężynowania.

11. Wyniki pomiarów dla przeprowadzonych prób umieścić w tabeli.
12. Sporządzić sprawozdanie.

Wzory tabel.

Dla próby cięcia.

gdzie:

Lp.

g
[mm]

d

m

[mm]

d

s

[mm]

s
%

g’

η =
(g’/g)
[%]

Szkic
powierzchni
rozdzielenia

s=d

m

-d

s

- luz

d

m

– średnica

matrycy
d

s

- średnica stempla

η =(g’/g)·100%
g’- grubość strefy
błyszczącej

g – grubość blachy

108

Dla próby gięcia.

gdzie:

Lp.

b
[mm]

l
[mm]

g
[mm]

r
[mm]

α
[º]

b,l,g

–wymiary

próbki
r

–promienie

wyginaka

α – kąt
sprężynowania

Sprawozdanie.
W sprawozdaniu należy zamieścić:
-Opis prowadzonych prób.
-Tabele z wynikami.

-Wnioski i spostrzeżenia na temat wpływu luzu na wygląd powierzchni rozdzielenia.

-Wnioski i spostrzeżenia dotyczące wpływu promienia gięcia na kąt sprężynowania.

LITERATURA

[1] ERBEL S., KUCZYŃSKI K., MARCINIAKZ., Obróbka plastyczna. Państwowe Wydawnictwo
Naukowe, Warszawa 1981.
[2] ZIEMBA H., Ćwiczenia laboratoryjne z budowy maszyn. Część 2. Polit. Wrocł. Wrocław 1981.
[3] MARCINIAK M., SKALSKI K., Obróbka plastyczna i spawalnictwo. Polit. Warsz. Warszawa 1979.
[4] ROMANOWSKI W. P., Poradnik obróbki plastycznej na zimno. Wydawnictwo Naukowo
Techniczne, Warszawa 1976.