plik

ABORATORIUM

ECHNOLOGII

Strona

2 - 1

Badanie
technologicznych
parametrów gięcia

Adam Leśniewicz

Cel ćwiczenia:

zapoznanie z przebiegiem procesu gięcia blach,

wyznaczenie siły, minimalnego promienia gięcia, ką-
ta odkształcenia sprężystego (kąta sprężynowania)
dla gięcia swobodnego i gięcia z dotłaczaniem,

nabycie umiejętności obliczania wartości parame-
trów, niezbędnych do:

−

projektowania procesu technologicznego gięcia

(dobór pras),

−

konstruowania tłoczników do gięcia.

ABORATORIUM

ECHNOLOGII

WICZENIE

Strona

2 - 2

Wykaz oznaczeń:

mm szerokość giętego przedmiotu

powierzchnia rzutu dotłaczanego półwyrobu (pod stem-

plem)

mm grubość giętego przedmiotu

MPa nacisk jednostkowy dotłaczania

siła gięcia z dotłaczaniem

siłę gięcia (wyginania) swobodnego

0,2

MPa umowna granica plastyczności

MPa wytrzymałość na rozciąganie

mm promień zaokrąglenia powierzchni roboczej matrycy

mm promień stempla

mm rozstawienie krawędzi gnących matrycy

(odległość między środkami promieni matrycy r

współczynnik określający położenie warstwy neutralnej w
zależności od r

kąt gięcia

kąta powrotnego odkształcenia sprężystego przy gięciu

2.1 Wiadomości podstawowe

W zaleŜności od rodzaju ruchu narzędzia w stosunku do obra-
bianego materiału wyróŜnia się:

gięcie na prasach,

gięcie na walcach,

gięcie za pomocą przeciągania.

Proces gięcia na prasach moŜna podzielić na następujące fazy:

−

faza gięcia spręŜystego,

−

faza gięcia plastycznego,

−

faza dotłaczania (nie występuje podczas gięcia swobodne-
go).

W początkowej fazie wyginania kształtowany np. płaskownik

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 3

moŜna rozpatrywać jako belkę spoczywającą na dwóch podpo-
rach o rozstawieniu

, obciąŜoną w środku siłę skupioną

(ry-

sunek 2.1).

A’

Moment M

Krzywizna 1/

p’

p”

Nacisk

Droga stempla

1 - gi

cie spr

ęż

yste

2 - gi

cie plastyczne

3 - dotłaczanie

Rysunek 2.1 Fazy procesu gi

cia

Pod działaniem siły belka ugina się spręŜyście. Faza gięcia
spręŜystego kończy się z chwilą pojawienia się pierwszych od-
kształceń plastycznych w skrajnych włóknach materiału.

+0,5g

A’

B’

Rysunek 2.2 Kształt linii ugi

cia w procesie gi

cia:

a) rzeczywisty, b) idealny

Dalszy wzrost nacisku stempla powoduje rozszerzanie się upla-
stycznionego odcinka płaskownika. Na odcinku IJ (rysunek 2.1)
nastąpi trwałe zakrzywienie, natomiast ramiona A'I oraz JA
wyginają się najpierw tylko spręŜyście, a potem równieŜ pla-
stycznie. Po fazie gięcia plastycznego linia ugięcia płaskownika
składa się (rysunek 2.2a) z odcinka B'B, który jest w przybliŜe-
niu łukiem koła o promieniu równym sumie promienia stempla

ABORATORIUM

ECHNOLOGII

WICZENIE

Strona

2 - 4

i połowie grubości płaskownika

, oraz odcinków A'B' i AB o

krzywiźnie zmniejszającej się stopniowo do zera. Części ramion
leŜące poza punktami A lub A' są proste, poniewaŜ nie działa
na nie Ŝadne obciąŜenie zewnętrzne. Zarys rzeczywisty wygi-
nanego przedmiotu róŜni się więc od zarysu idealnego (rysunek
2.2b) występowaniem, w tym pierwszym, odcinków o przejścio-
wej krzywiźnie.

JeŜeli chcemy otrzymać przedmiot o zarysie bardziej zbliŜonym
do zarysu idealnego, musimy zastosować dotłaczanie. W tej fa-
zie gięcia powierzchnie stempla i matrycy zbliŜają się do siebie,
dzięki czemu wyginany przedmiot przyjmuje kształt narzędzi.
Nacisk stempla podczas dotłaczania moŜe wielokrotnie prze-
kroczyć wartość siły

występujące przy końcu fazy gięcie pla-

stycznego (rysunek 2.1).

Przebieg procesu gięcia, kształt otrzymanego zarysu przedmio-
tu  oraz  wielkość  nacisku  stempla  zaleŜą  od  wymiarów  robo-
czych  części  tłocznika,  a  przede  wszystkim  od  rozstawienia
krawędzi  gnących  matrycy

i promienia ich zaokrąglenia

Przy  zbyt  duŜym  rozstawianiu  krawędzi  gnących  (rysunek
2.3a)  otrzymamy  początkowo  zbyt  duŜy  promień  krzywizny  w
punkcie B, a ponadto wstępnemu trwałemu zakrzywieniu ule-
ga  odcinek  AB  o  długości  znacznie  większej  niŜ  długość  łuku
gotowego przedmiotu.

P’

Rysunek 2.3 Wpływ wymiarów matrycy na przebieg gi

cia

W następnej fazie procesu część tego odcinka musi więc ulec
rozgięciu i wyprostowaniu (rysunek 2.3b), co jednak nieko-
rzystnie wpływa na dokładność wyginania. Zbyt małe rozsta-
wienie krawędzi gnących (rysunek 2.3c) i zbyt mały promień
ich zaokrąglenia powoduje znaczny wzrost nacisku stempla i
często uniemoŜliwienie zagięcia na Ŝądany kąt oraz zmniej-
szenie grubości przedmiotu i jego wgniecenia. Zalecane wymia-
ry matrycy (rozstawianie krawędzi gnących

, promień za-

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 5

okrąglenia krawędzi gnących

) w zaleŜności od stosunku

promienia stempla

do grubości zginanej blachy

przy gięciu

pod kątem 90° podaje tabela 2.1. Ta sama tabela podaje rów-
nieŜ wartości współczynnika

, który potrzebny jest przy obli-

czaniu nacisku stempla dla wyrobów wyginanych bez dotłacza-
nia.

Tabela 2.1 Parametry

wyginania

pod katem 90° [1]

Rodzaj materiału

rrrr

w /g

rrrr

Stal 0.18÷0.26 %C

0,2

=240 MPa

1.6
2.5

6,8
7,9
9,6

12,5

3,7
3,3

2,4

Stal 0,42 %C

0,2

=350MPa

1,6
2,5

7,1
8,3
9,9

12,8

2,1
1,9

1,75

1,5

Miedź
Mosiądz (wyŜarzony)

0,2

=150 MPa

1,6
2,5

6,2
7,4
9,2

12,2

5,8
4,8
3,7
2,6

Siłę gięcia (wyginania) swobodnego

, moŜna obliczyć z nastę-

pującego wzoru [3]:

⋅

[N]

Obliczanie siły gięcia z dotłaczaniem umoŜliwia zaleŜność:

= p

[N]

Tabela 2.2 Przybli

one warto

ci nacisku jednostkowego p [MPa]

podczas

cia z dotłaczaniem [2]

Materiał

Grubości materiału

[mm]

÷÷÷÷

Aluminium
Mosiądz
Stal 0,08÷0,2%C
Stal 0,25÷0,35%C

20÷30
30÷40
40÷60
50÷70

30÷40
40÷60
60÷80
70÷100

40÷50
60÷80
80÷100

100÷120

ABORATORIUM

ECHNOLOGII

WICZENIE

Strona

2 - 6

Najmniejsze dopuszczalne promienie gięcia.

Najmniejsze dopuszczalne promienie gięcia powinny odpowia-
dać podatności materiału do odkształceń plastycznych i nie po-
wodować pęknięć w skrajnych (rozciąganych) włóknach mate-
riału. Minimalne promienie gięcia zaleŜę od:

rodzaju i stanu materiału (dla materiałów bardziej umac-
niających się naleŜy stosować większe promienie gięcia),

połoŜenia linii gięcia w stosunku do kierunku walcowania
materiału (najmniejszy promień moŜna zastosować, gdy li-
nia gięcia jest prostopadła do kierunku włókien),

stanu powierzchni (nierówności, naderwania lub rysy wy-
stępujące po stronie rozciąganej przyspieszają pękanie).

Wartości najmniejszych dopuszczalnych promieni gięcia podaje
tabela 2.3.

Tabela 2.3 Najmniejsze dopuszczalne promienie gi

cia r

Kierunek gięcia do kierunku walcowania

Materiał:

Materiał: stal

stal

prostopadły

równoległy

Gięcie p

Gięcie pod kątem

od kątem

αα

45°

90°

180°

45°

90°

180°

0,08÷0,10%C,

0,3g

0,5g

0.8g

0,8g

1,5g

0,15÷0,20%C,

0,5g

0,8g

1,3g

1,6g

2.5g

0,25÷0,30%C

0,8g

1,2g

2,5g

0,40÷0,50%C

l,2g

1,8g

3,6g

Odkształcenie sprężyste przy gięciu.

Rysunek 2.4 Zmiana k

ta wygi

tego przedmiotu wskutek spr

ęż

ynowa-

nia:

-k

t spr

ęż

ynowania

W procesie gięcia występuję zarówno odkształcenia plastyczne

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 7

jak i odkształcenia spręŜyste, które ustępuję po zakończeniu
gięcia. Wskutek tego następuje zmiana wymiarów przedmiotu
w porównaniu z wymiarami nadawanymi narzędziami tłoczni-
ka. Wspomnianą zmianę wymiarów nazywa się spręŜynowa-
niem lub odkształceniem spręŜystym powrotnym (rysunek 2.4)
a wyraŜa zwykle zmianą kąta.

Wielkość spręŜynowania  zaleŜy  od:  rodzaju  materiału,  obróbki
cieplnej, grubości, kształtu przedmiotu, kąta gięcia, a dla gięcia
z  dotłaczaniem  dodatkowo  od  nastawienia  prasy  i  stopnia
zgniotu.  Wartość  spręŜynowania  określa  się  zwykle  na  drodze
doświadczalnej.  Do  przybliŜonego  określania  kąta  odkształce-
nia spręŜystego

(jednostronnego) moŜna posłuŜyć się następu-

jącymi wzorami [2]:

−

dla wygin

dla wyginania swobodnego

ania swobodnego

ania swobodnego:

= 0,375 w/(1–x ) g R

−

dla wyginania z dotłacz

dla wyginania z dotłacza

aniem

niem

niem (

= 90°):

°= 0,43 r/g - 0,61

dla stali: C10, S185 (St1)

°= 0,434 r/g

- 0,36 dla stali: C15, C20, E295 (St5),

Tabela 2.4 Warto

ci współczynnika x w funkcji r

/g przy gi

ciu pod k

tem

90° (stal mi

kkiej o zawarto

ci 0,10-0,20%C [2]

0,25

0,5

0,8

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

5,0

0,35

0,25

0,40

0,42

0,44

0,45

0,46

0,47

0,48

Tabela 2.5 Warto

ci katów spr

ęż

ynowania

[°] przy gi

ciu swobodnym

pod k

tem 90

[3]

Materiał R

[Mpa]

Grubość materiału g [mm]

do 0,8

0,8

powyŜej 2

Stal miękka R

≈350

< 1

Mosiądz R

<350

2,5

1,5

0,5

Aluminium

> 5

Stal R

=400

500

< 1

2,5

Mosiądz R

>350

1,5

0,5

> 5

2,5

1,5

Stal twarda R

> 550

< 1

3,5

4,5

2,5

1,5

> 5

3,5

2,5

ABORATORIUM

ECHNOLOGII

WICZENIE

Strona

2 - 8

W celu skompensowania kąta spręŜynowania przy gięciu nale-
Ŝy zmniejszyć kąt stempla o podwójną wartość kąta spręŜyno-
wania. Sposoby zapobiegania zjawisku powrotnego spręŜyno-
wania materiału w procesie gięcia przedstawia rysunek 2.7.

a) b) c) d)

Rysunek 2.7 Sposoby kompensowania k

ta spr

ęż

ynowania przez:

a) odkształcenie spr

ęż

yste ramion po operacji gi

cia;

b) spr

ęż

yste zakrzywienie dna; c) dotłaczanie bocznymi

szcz

kami; d) wywołanie dodatkowego odkształcenia pla-

stycznego w miejscu gi

cia.

Wady wytłoczek giętych

Na rysunkach rysunkach 2.6a–f przedstawiono często spotyka-
ne wady wytłoczek, wykonane metodą gięcia na prasach:

a) W

Wgłębie

głębie

głębienie w postaci bruzdy, na zewnętrznej p

nie w postaci bruzdy, na zewnętrznej p

nie w postaci bruzdy, na zewnętrznej po-

wierzchni blachy i biegnącej wzdłuŜ krawędzi gi

wierzchni blachy i biegnącej wzdłuŜ krawędzi gię

ęę

ęcia

cia

WydłuŜenie poprzeczne powoduje lokalny ubytek
grubości tego obszaru i prowadzi do powstania
bruzdy, widocznej na powierzchni blachy.

b) Esowaty kształt zagiętego

b) Esowaty kształt zagiętego ramienia, będący śl

ramienia, będący śl

ramienia, będący śla-

dem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego o

dem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego od-

cinka

cinka
Przyczyną tej wady jest nadmierna długość pla-
stycznie zakrzywionego odcinka giętego ramienia.

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 9

cccc) Wgniecenie krawędzi gnącej stemplem w w

) Wgniecenie krawędzi gnącej stemplem w w

) Wgniecenie krawędzi gnącej stemplem w we-

wnętrzną powierzchnię blachy

wnętrzną powierzchnię blachy
Wadę te moŜemy zaobserwować przy zbyt małym
promieniu zaokrąglenia krawędzi stempla

w sto-

sunku do grubości blachy

. Aby tego uniknąć nale-

Ŝy przestrzegać zaleŜności

> 1,5.

d) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuŜ zagiętej kr

) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuŜ zagiętej kr

) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuŜ zagiętej kra-

wędzi

wędzi
Aby uniknąć pękaniu zewnętrznej, rozciąganej war-
stwy materiału stosunek promienia r

do grubości

blachy g nie moŜe być mniejszy od wartości gra-
nicznej, która jest zaleŜna od rodzaju materiału
oraz od kierunku zginanej krawędzi względem kie-
runku walcowania. JeŜeli te dwa kierunki będą
zgodne wtedy będzie to oznaczać przyspieszenie pę-
kania materiału.

e) Uszkodzenie powierzchni w

) Uszkodzenie powierzchni w

) Uszkodzenie powierzchni wy

ytłoczki od ślizgającej

tłoczki od ślizgającej

się po powierzchni blachy kr

się po powierzchni blachy kra

awędzi matrycy

wędzi matrycy

Wada ta jest wywołana nadmiernym naciskiem
jednostkowym, wywieranym przez krawędzi gnącą
matrycy, która ślizgała się po powierzchni blachy.
Przeciwdziałać moŜna temu przez odpowiedni dobór
środków smarujących, stosowanie narzędzi z mate-
riału wykazującego mniejsze powinowactwo che-
miczne lub azotowanie powierzchni narzędzi.

ffff) Deformacja prze

) Deformacja prze

) Deformacja przekroju poprzecznego

kroju poprzecznego

Podczas gięcia plastycznego następują najczęściej
zmiany kształtu przekroju poprzecznego elementu
giętego spowodowane zwiększeniem się wymiarów
warstw poprzecznych ściskanych oraz zmniejszenie
się analogicznych wymiarów warstw rozciąganych.
Aby zapobiec zniekształceniu, gięcie prowadzi się z
udziałem dodatkowo wywołanych duŜych napręŜeń
rozciągających, które zmniejszają wartość napręŜeń
w strefie ściskanej

Rys. 9.6 Wady wytłoczek, wykonane metod

cia na prasach

ABORATORIUM

ECHNOLOGII

WICZENIE

Strona

2 - 10

2.2 Wykonanie ćwiczenia

Gięcie próbek przeprowadza się na prasie.

Określić wymiary próbek – pomiar długości

, szerokość

grubość

kaŜdej próbki

Określić minimalne promienie gięcia dla próbek stalowych
giętych pod kątem 90º (tabela 2.3)

Z kompletu stempli dobrać stemple o odpowiednich pro-
mieniach gięcia (zaleŜnie od grubości próbki g)

Dobrać parametry konstrukcyjne matryc:

określić stosunek

/g,

w tabeli 2.1 znaleźć liczbę najbliŜszą obliczonej war-
tości

w tym samym rzędzie tabeli znaleźć liczbę określają-
cą stosunek

dla danej wartości

obliczyć wymiar matrycy

promień matrycy

z kompletu matryc dobrać matryce wymienne odpo-
wiadającą obliczonym parametrom.

Przykład doboru matrycy (pkt 3 i 4):

Przykład doboru matrycy (pkt 3 i 4):
Ad 3. Dla stali niskowęglowej o grubości

=1mm, zadzio-

rów skierowanych do środka i kierunku linii gięcia w sto-
sunku do kierunku włókien pod kątem 90º najmniejszy
dopuszczalny promień gięcia

=0,8 mm (tabela 2.3).

Z kompletu stempli naleŜy wybrać najbliŜszy o promie-
niu większym, czyli

=1 mm.

Ad 4. Dla

= 1mm,

w/g

=6,8, r

/g =3,7 oraz

= 52,97

MPa (tabela 2.1).
Teoretyczne wymiary matrycy:

=6,8 mm,

=3,7 mm.

Obliczyć siłę gięcia swobodnego.

Obliczyć powierzchnię dotłaczanego półwyrobu pod stem-
plem (

Obliczyć z pomocą oprogramowania siłę gięcia swobodnego,
siłę gięcia z dotłaczaniem oraz kąt spręŜynowania

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 11

Przeprowadzić próby wyginania swobodnego, zanotować
rzeczywistą siłę gięcia.

Przeprowadzić próby gięcia z dotłaczaniem, zanotować rze-
czywistą siłę gięcia.

Rysunek 2.6. Szkic tłocznika:
1 – płyta dolna,
2 – płyta górna,
3 – kolumna prowadz

ca,

4 – gniazdo matrycy wymiennej
5 – stempel wymienny,
6 – prowadnica stempla,
7 – matryca wymienna.

10.

Zmierzyć kąty wygiętych próbek. Określić rzeczywisty kąt
spręŜynowania

. Porównać kąty spręŜynowania próbek

wyginanych swobodnie i z dotłaczaniem (obliczonych na
podstawie podanych wyŜej wzorów i tabela 2.5).

11.

Porównać zaobserwowane siły gięcia z obliczonymi i wycią-
gnąć wnioski odnośnie doboru matryc.

ABORATORIUM

ECHNOLOGII

WICZENIE

Strona

2 - 12

13.

Dokonać oględzin wygiętych próbek, sprawdzić czy pojawiły
się pęknięcia w warstwach rozciąganych, wyciągnąć wnio-
ski z zastosowanych promieni gięcia.

Literatura

Erbel S., Kuczyński K., Marciniak Z.,

Techniki wytwarza-

nia. Obróbka plastyczna,

PWN Warszawa 1986

Romanowski W.P.,

Tłoczenie na zimno. Poradnik

, WNT

Warszawa 1964

Praca zbiorowa pod redakcją J. Sobolewskiego:

Projekto-

wanie technologii maszyn

, Oficyna Wydawnicza Politech-

niki Warszawskiej 2007.