L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Strona

2 - 1

2

Badanie
technologicznych
parametrów gięcia

Adam Leśniewicz

Cel ćwiczenia:

o

zapoznanie z przebiegiem procesu gięcia blach,

o

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

o

nabycie umiejętności obliczania wartości parame-
trów, niezbędnych do:

−

projektowania procesu technologicznego gięcia

(dobór pras),

−

konstruowania tłoczników do gięcia.

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

2

Strona

2 - 2

Wykaz oznaczeń:

b

mm szerokość giętego przedmiotu

F

mm

2

powierzchnia rzutu dotłaczanego półwyrobu (pod stem-

plem)

g

mm grubość giętego przedmiotu

p

MPa nacisk jednostkowy dotłaczania

P

d

N

siła gięcia z dotłaczaniem

P

s

N

siłę gięcia (wyginania) swobodnego

R

0,2

MPa umowna granica plastyczności

R

m

MPa wytrzymałość na rozciąganie

r

m

mm promień zaokrąglenia powierzchni roboczej matrycy

r

s

mm promień stempla

w

mm rozstawienie krawędzi gnących matrycy

(odległość między środkami promieni matrycy r

m

x

współczynnik określający położenie warstwy neutralnej w
zależności od r

s

/g

α

°

kąt gięcia

β

°

kąta powrotnego odkształcenia sprężystego przy gięciu

2.1 Wiadomości podstawowe

W zależności od rodzaju ruchu narzędzia w stosunku do obra-
bianego materiału wyróżnia się:

a)

gięcie na prasach,

b)

gięcie na walcach,

c)

gięcie za pomocą przeciągania.

Proces gięcia na prasach można podzielić na następujące fazy:

−

faza gięcia sprężystego,

−

faza gięcia plastycznego,

−

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

W początkowej fazie wyginania kształtowany np. płaskownik

B

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 3

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

w

, obciążoną w środku siłę skupioną

P

(ry-

sunek 2.1).

r

m

w

A’

A

P

A’

A

B

I

J

Moment M

M

p

Krzywizna 1/

ρ

p’

p”

Nacisk

Droga stempla

1 - gi

ę

cie spr

ęż

yste

2 - gi

ę

cie plastyczne

3 - dotłaczanie

1

2

3

B

P

r

s

α

g

Rysunek 2.1 Fazy procesu gi

ę

cia

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

a)

b)

r

s

+0,5g

r

s

+0,5g

α

α

c

A

A’

B

B’

B

B’

Rysunek 2.2 Kształt linii ugi

ę

cia w procesie gi

ę

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 sprężyście, a potem również pla-
stycznie. Po fazie gięcia plastycznego linia ugięcia płaskownika
składa się (rysunek 2.2a) z odcinka B'B, który jest w przybliże-
niu łukiem koła o promieniu równym sumie promienia stempla

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

2

Strona

2 - 4

r

s

i połowie grubości płaskownika

g

, oraz odcinków A'B' i AB o

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

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

P

występujące przy końcu fazy gięcie pla-

stycznego (rysunek 2.1).

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

w

i promienia ich zaokrąglenia

r

m

.

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

a)

B

A

P

b)

r

m

B

A

P

C

T

c)

r

m

P’

w

Rysunek 2.3 Wpływ wymiarów matrycy na przebieg gi

ę

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 uniemożliwienie zagięcia na żądany kąt oraz zmniej-
szenie grubości przedmiotu i jego wgniecenia. Zalecane wymia-
ry matrycy (rozstawianie krawędzi gnących

w

, promień za-

B

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 5

okrąglenia krawędzi gnących

r

m

) w zależności od stosunku

promienia stempla

r

s

do grubości zginanej blachy

g

przy gięciu

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

k

, 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

Rodzaj materiału

Rodzaj materiału

Rodzaj materiału

rrrr

s

s

s

s

/g

/g

/g

/g

w /g

w /g

w /g

w /g

rrrr

m

m

m

m

/g

/g

/g

/g

Stal 0.18÷0.26 %C

R

0,2

=240 MPa

1

1.6
2.5

4

6,8
7,9
9,6

12,5

3,7
3,3

3

2,4

Stal 0,42 %C

R

0,2

=350MPa

1

1,6
2,5

4

7,1
8,3
9,9

12,8

2,1
1,9

1,75

1,5

Miedź
Mosiądz (wyżarzony)

R

0,2

=150 MPa

1

1,6
2,5

4

6,2
7,4
9,2

12,2

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

Siłę gięcia (wyginania) swobodnego

P

s

, można obliczyć z nastę-

pującego wzoru [3]:

w

R

g

b

P

m

s

⋅

⋅

⋅

=

2

1

,

1

[N]

Obliczanie siły gięcia z dotłaczaniem umożliwia zależność:

P

d

= p —

—

—

— F

[N]

Tabela 2.2 Przybli

ż

one warto

ś

ci nacisku jednostkowego p [MPa]

podczas

gi

ę

cia z dotłaczaniem [2]

Materiał

Materiał

Materiał

Materiał

Grubości materiału

Grubości materiału

Grubości materiału

Grubości materiału

g

gg

g

[mm]

[mm]

[mm]

[mm]

<1

<1

<1

<1

1

1

1

1

÷÷÷÷

3

3

3

3

3

3

3

3

÷÷÷÷

6

6

6

6

6

6

6

6

÷÷÷÷

10

10

10

10

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

15

÷

20

20

÷

30

30

÷

40

40

÷

50

20÷30
30÷40
40÷60
50÷70

30÷40
40÷60
60÷80
70÷100

40÷50
60÷80
80÷100

100÷120

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

2

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 zależę od:

a)

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

b)

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

c)

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

ę

cia r

s

Kierunek gięcia do kierunku walcowania

Kierunek gięcia do kierunku walcowania

Kierunek gięcia do kierunku walcowania

Kierunek gięcia do kierunku walcowania

Materiał:

Materiał:

Materiał:

Materiał: stal

stal

stal

stal

prostopadły

prostopadły

prostopadły

prostopadły

równoległy

równoległy

równoległy

równoległy

Gięcie p

Gięcie p

Gięcie p

Gięcie pod kątem

od kątem

od kątem

od kątem

α

αα

α

45°

45°

45°

45°

90°

90°

90°

90°

180°

180°

180°

180°

45°

45°

45°

45°

90°

90°

90°

90°

180°

180°

180°

180°

0,08÷0,10%C,

0,3g

0,5g

0.8g

0,8g

1g

1,5g

0,15÷0,20%C,

0,5g

0,8g

1,3g

1,3g

1,6g

2.5g

0,25÷0,30%C

0,8g

1,2g

2g

2g

2,5g

4g

0,40÷0,50%C

l,2g

1,8g

3g

3g

3,6g

6g

Odkształcenie sprężyste przy gięciu.

Rysunek 2.4 Zmiana k

ą

ta wygi

ę

tego przedmiotu wskutek spr

ęż

ynowa-

nia:

β

-k

ą

t spr

ęż

ynowania

W procesie gięcia występuję zarówno odkształcenia plastyczne

B

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 7

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

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

β

(jednostronnego) można posłużyć się następu-

jącymi wzorami [2]:

−

dla wygin

dla wygin

dla wygin

dla wyginania swobodnego

ania swobodnego

ania swobodnego

ania swobodnego:

tg

β

= 0,375 ———— w/(1–x ) —————g ————R

e

/E

−

dla wyginania z dotłacz

dla wyginania z dotłacz

dla wyginania z dotłacz

dla wyginania z dotłacza

a

a

aniem

niem

niem

niem (

α

= 90°):

β

°= 0,43 r/g - 0,61

dla stali: C10, S185 (St1)

β

°= 0,434 r/g

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

Tabela 2.4 Warto

ś

ci współczynnika x w funkcji r

s

/g przy gi

ę

ciu pod k

ą

tem

90° (stal mi

ę

kkiej o zawarto

ś

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

r

s

/g

0,25

0,5

0,8

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

5,0

x

0,35

0,25

0,40

0,42

0,44

0,45

0,46

0,47

0,48

Tabela 2.5 Warto

ś

ci katów spr

ęż

ynowania

β

[°] przy gi

ę

ciu swobodnym

pod k

ą

tem 90

°

[3]

Materiał R

m

[Mpa]

r

s

/g

Grubość materiału g [mm]

do 0,8

0,8

÷

2

powyżej 2

Stal miękka R

m

≈350

< 1

2

1

0

Mosiądz R

m

<350

1

÷

5

2,5

1,5

0,5

Aluminium

> 5

3

2

1

Stal R

m

=400

÷

500

< 1

2,5

1

0

Mosiądz R

m

>350

1

÷

5

3

1,5

0,5

> 5

4

2,5

1,5

Stal twarda R

m

> 550

< 1

3,5

2

1

1

÷

5

4,5

2,5

1,5

> 5

6

3,5

2,5

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

2

Strona

2 - 8

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

a) b) c) d)

Rysunek 2.7 Sposoby kompensowania k

ą

ta spr

ęż

ynowania przez:

a) odkształcenie spr

ęż

yste ramion po operacji gi

ę

cia;

b) spr

ęż

yste zakrzywienie dna; c) dotłaczanie bocznymi

szcz

ę

kami; d) wywołanie dodatkowego odkształcenia pla-

stycznego w miejscu gi

ę

cia.

Wady wytłoczek giętych

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

a)

a)

a)

a) W

W

W

Wgłębie

głębie

głębie

głębienie w postaci bruzdy, na zewnętrznej p

nie w postaci bruzdy, na zewnętrznej p

nie w postaci bruzdy, na zewnętrznej p

nie w postaci bruzdy, na zewnętrznej po-

o-

o-

o-

wierzchni blachy i biegnącej wzdłuż krawędzi gi

wierzchni blachy i biegnącej wzdłuż krawędzi gi

wierzchni blachy i biegnącej wzdłuż krawędzi gi

wierzchni blachy i biegnącej wzdłuż krawędzi gię

ęę

ęcia

cia

cia

cia

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

b) Esowaty kształt zagiętego

b) Esowaty kształt zagiętego

b) Esowaty kształt zagiętego

b) Esowaty kształt zagiętego ramienia, będący śl

ramienia, będący śl

ramienia, będący śl

ramienia, będący śla-

a-

a-

a-

dem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego o

dem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego o

dem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego o

dem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego od-

d-

d-

d-

cinka

cinka

cinka

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

B

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 w

) Wgniecenie krawędzi gnącej stemplem w we-

e-

e-

e-

wnętrzną powierzchnię blachy

wnętrzną powierzchnię blachy

wnętrzną powierzchnię blachy

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

r

S

w sto-

sunku do grubości blachy

g

. Aby tego uniknąć nale-

ży przestrzegać zależności

r

S

/g

> 1,5.

d

d

d

d) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuż zagiętej kr

) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuż zagiętej kr

) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuż zagiętej kr

) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuż zagiętej kra-

a-

a-

a-

wędzi

wędzi

wędzi

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

w

do grubości

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

e

ee

e) Uszkodzenie powierzchni w

) Uszkodzenie powierzchni w

) Uszkodzenie powierzchni w

) Uszkodzenie powierzchni wy

yy

ytłoczki od ślizgającej

tłoczki od ślizgającej

tłoczki od ślizgającej

tłoczki od ślizgającej

się po powierzchni blachy kr

się po powierzchni blachy kr

się po powierzchni blachy kr

się po powierzchni blachy kra

a

a

awędzi matrycy

wędzi matrycy

wędzi matrycy

wędzi matrycy

Wada ta jest wywołana nadmiernym naciskiem
jednostkowym, wywieranym przez krawędzi gnącą
matrycy, która ślizgała się po powierzchni blachy.
Przeciwdziałać można 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 prze

) Deformacja przekroju poprzecznego

kroju poprzecznego

kroju 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 dużych naprężeń
rozciągających, które zmniejszają wartość naprężeń
w strefie ściskanej

Rys. 9.6 Wady wytłoczek, wykonane metod

ą

gi

ę

cia na prasach

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

2

Strona

2 - 10

2.2 Wykonanie ćwiczenia

Gięcie próbek przeprowadza się na prasie.

1.

Określić wymiary próbek – pomiar długości

L

, szerokość

b

,

grubość

g

każdej próbki

2.

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

3.

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

4.

Dobrać parametry konstrukcyjne matryc:

a)

określić stosunek

r

s

/g,

b)

w tabeli 2.1 znaleźć liczbę najbliższą obliczonej war-
tości

r

s

/g

,

c)

w tym samym rzędzie tabeli znaleźć liczbę określają-
cą stosunek

w

/

g

d)

dla danej wartości

g

obliczyć wymiar matrycy

w

i

promień matrycy

r

m

,

e)

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

Przykład doboru matrycy (pkt 3 i 4):

Przykład doboru matrycy (pkt 3 i 4):

Przykład doboru matrycy (pkt 3 i 4):

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

g

=1mm, zadzio-

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

r

s

=0,8 mm (tabela 2.3).

Z kompletu stempli należy wybrać najbliższy o promie-
niu większym, czyli

r

s

=1 mm.

Ad 4. Dla

r

s

/g

= 1mm,

w/g

=6,8, r

m

/g =3,7 oraz

k

= 52,97

MPa (tabela 2.1).
Teoretyczne wymiary matrycy:

w

=6,8 mm,

r

m

=3,7 mm.

5.

Obliczyć siłę gięcia swobodnego.

6.

Obliczyć powierzchnię dotłaczanego półwyrobu pod stem-
plem (

F

=

b—w

).

7.

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

β

.

B

ADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona

2 - 11

8.

Przeprowadzić próby wyginania swobodnego, zanotować
rzeczywistą siłę gięcia.

9.

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

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

ą

ca,

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

10.

Zmierzyć kąty wygiętych próbek. Określić rzeczywisty kąt
sprężynowania

β

rz

. Porównać kąty sprężynowania próbek

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

11.

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

L

ABORATORIUM

T

ECHNOLOGII

Ć

WICZENIE

2

Strona

2 - 12

13.

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

Literatura

1.

Erbel S., Kuczyński K., Marciniak Z.,

Techniki wytwarza-

nia. Obróbka plastyczna,

PWN Warszawa 1986

2.

Romanowski W.P.,

Tłoczenie na zimno. Poradnik

, WNT

Warszawa 1964

3.

Praca zbiorowa pod redakcją J. Sobolewskiego:

Projekto-

wanie technologii maszyn

, Oficyna Wydawnicza Politech-

niki Warszawskiej 2007.