VI. Badanie właściwości plastycznych metali

Wykonał:

1. Część teoretyczna

Metody gięcia blach i prętów

Gięciem nazywamy operacje plastyczne, za pomocą których wyrobom nadaje się odpowiedni kształt bez zmiany podstawowych przekrojów. W zależności od rodzaju ruchu narzędzia rozróżnia się następujące metody gięcia:

- gięcie na prasach (narzędzie wykonuje ruchu prostoliniozwrotne)

- gięcie za pomocą walców (obrotowy ruch narzędzia kształtującego)

- gięcie przez przeciąganie

Sposoby (operacje) gięcia:

- wyginanie

- zaginanie

- zwijanie

- owijanie prętów i gięcie na zaginarkach

- zwijanie sprężyn na trzpieniu

- owijanie rur

- gięcie blachy za pomocą trzech walców

- prostowanie blachy

- wzdłużne walcowanie kształtowników

- gięcie przez przeciąganie

Operacje gięcia mogą być prowadzone zarówno na zimno jak i na gorąco. Do wyrobów giętych można zaliczyć: haki, kątowniki, wszelkiego rodzaju dźwignie itp.

Czynniki wpływające na wartość sprężynowania

Wartość sprężynowania jest inna przy gięciu swobodnym i przy gięciu z dotłaczaniem i dogniataniem krawędzi. Przy gięciu swobodnym wartość sprężynowania zależy od:

- rodzaju materiału

- rodzaju obróbki cieplnej giętego elementu

- wielkości kąta ugięcia

- stopnia odkształcenia przy gięciu

- sposobu ugięcia

Podczas gięcia z dotłaczaniem sprężynowanie zależy także od siły uderzenia i stopnia umocnienia materiału.

Kompensacja kąta sprężynowania

W celu zmniejszenia wartości kąta sprężynowania przy gięciu pod kątem prostym należy zmniejszyć promień gięcia. Sposoby kompensacji kąta sprężynowania przy gięciu w kształcie litery C:

- wybranie na stemplu równe kątowi sprężynowania

- łukowe wygięcie środkowej półki

- boczne dotłaczanie półek

- dogniatanie promieni zaokrągleń

Metodyka określania kąta sprężynowania wybranych materiałów

Sprężynowanie to zmiana wymiarów przedmiotu wywołana zanikiem odkształceń sprężystych, w porównaniu z wymiarami nadawanymi narzędziami tłocznika. Wartość kąta sprężynowania może być określona dwoma sposobami:

- analitycznie przez obliczenie wartości odkształcenia sprężystego (litery V, C)

- doświadczalnie za pomocą prób i pomiarów

Uproszczone wzory do przybliżonego określenia sprężynowania przy gięciu swobodnym:

- gięcie w kształcie litery V

- gięcie w kształcie litery C

- kąt sprężynowania

k– współczynnik określający położenie warstwy obojętnej w zależności r/g

l– odległość między krawędziami oporowymi

l₁- ramię gięcia

Re- granica plastyczności

E- moduł Younga

Poślizg i bliźniakowanie

Poślizg to przemieszczenie się jednej części kryształu względem drugiej po płaszczyźnie poślizgu. Wyróżniamy poślizg sztywny (zachodzi na całej powierzchni kryształu) i poślizg dyslokacyjny.

Bliźniakowanie zachodzi wzdłuż ściśle określonych płaszczyzn zwanych płaszczyznami bliźniakowania. Podczas bliźniakowania, pod działaniem naprężenia stycznego, następuje przesunięcie względem siebie kolejnych warstw atomowych wskutek ruchu poślizgowego części dyslokacji. Ogólnie bliźniakowanie zachodzi, jeżeli nie może nastąpić poślizg.

Projektowanie wyrobów giętych

Przy projektowanie wyrobów giętych należy zwrócić uwagę na promień wewnętrznej powierzchni giętego przedmiotu r_w, czyli tzw. promień gięcia. Powinien on być większy od wartości krytycznej, przy której następuje pękanie materiału. Krytyczna wartość r_w zależy od:

- skłonności materiału do utraty spójności określonej przez wartość odkształcenia pękania (rodzaj materiału oraz jego stan)

- położenia linii gięcia w stosunku do kierunku walcowania

- stanu powierzchni (nierówności, rysy)

Inne zalecenia konstrukcyjne:

- wysokość zagiętego ramienia h nie powinna być mniejsza niż r_w+2g (g- grubość blachy)

- w miejscu zagięcia następuje miejscowe poszerzenie przedmiotu – gdy jest ono niedopuszczalne należy wówczas przed zgięciem przedmiot lokalnie zwęzić

- szerokość zagiętych „łapek” wzdłuż łuku gięcia powinna być jednakowa; w celu uniknięcia naderwań należy stosować specjalne wycięcia lub nadcięcia

- należy unikać zaginania ramion niesymetrycznych, gdyż działają wówczas różne siły po obu stronach kształtowanego elementu, co prowadzi do przemieszczeń przedmiotu

- wykrawanie otworów w przedmiotach giętych najlepiej przeprowadzać przed operacją gięcia

Minimalny promień gięcia w funkcji grubości i właściwości mechanicznych obrabianego materiału

Minimalny promień gięcia blachy można wyznaczyć w przybliżeniu, rozpatrując odkształcenie skrajnych włókien rozciąganych przy wyginaniu próbki stemplem o promieniu r.

W celu uniknięcia pęknięć materiału giętego należy ustalić minimalny promień gięcia, który zapewniałby otrzymanie nieuszkodzonych przedmiotów.

c- współczynnik zależny od rodzaju materiału

g- grubość blachy

- wydłużenie względne włókien

1. Część praktyczna

Celem ćwiczenia jest wykazanie, że materiał gięty po zdjęciu obciążenia odkształca się sprężyście, doświadczalne wyznaczenie kąta sprężynowania oraz wyznaczenie minimalnego promienia gięcia blach.

Wykaz aparatury, materiałów i narzędzi użytych podczas ćwiczenia:

- prasa śrubowa

- tłoczniki

- suwmiarka

- kątomierz

- próbki ze stali ST3, stali krzemowej oraz aluminium

Lista czynności:

- gięcie swobodne próbek ze stali ST3, stali krzemowej oraz aluminium do kąta 90⁰ oraz zmierzenie kąta sprężynowania

- gięcie z dotłaczaniem próbek ze stali ST3, stali krzemowej oraz aluminium do kąta 90⁰ oraz zmierzenie kąta sprężynowania

- gięcie próbek z duraluminium w celu wyznaczenia minimalnego promienia gięcia

1. Gięcie swobodne

promień gięcia r = 5mm, nacisk 3 tony

nr próbki	materiał	wymiary	kąt sprężynowania
		grubość	szerokość
1	stal ST3	1 mm	20 mm
2	aluminium	0,25 mm	32 mm
3	stal krzemowa	0,4 mm	20 mm

1. Gięcie z dotłaczaniem

promień gięcia r = 1mm, nacisk 3 tony

nr próbki	materiał	wymiary	kąt sprężynowania
		grubość	szerokość
1	stal ST3	1 mm	20 mm
2	aluminium	0,25 mm	32 mm
3	stal krzemowa	0,4 mm	20 mm

Porównanie próbek po gięciu swobodnym

Porównanie próbek po gięciu z dotłaczaniem

1 – stal ST3 2 – aluminium 3 – stal krzemowa

1. Wyznaczanie minimalnego promienia gięcia

nr próbki	materiał	grubość	współczynnik c	promień gięcia rd	obliczeniowy promień gięcia robl	uwagi
1	duraluminium	5 mm	0,3	1,5 mm
2	duraluminium	5 mm	0,3	2,5 mm

Porównanie próbek

Wnioski

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………