lab technologii ćw 2

LABORATORIUM TECHNOLOGII

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.

LABORATORIUM TECHNOLOGII ĆWICZENIE 2

Strona 2 - 2

Wykaz oznaczeń:

b mm szerokość giętego przedmiotu

F mm2 powierzchnia rzutu dotłaczanego półwyrobu (pod stem-

plem)

g mm grubość giętego przedmiotu

p MPa nacisk jednostkowy dotłaczania

Pd N siła gięcia z dotłaczaniem

Ps N siłę gięcia (wyginania) swobodnego

R0,2 MPa umowna granica plastyczności

Rm MPa wytrzymałość na rozciąganie

rm mm promień zaokrąglenia powierzchni roboczej matrycy

rs mm promień stempla

w mm rozstawienie krawędzi gnących matrycy

(odległość między środkami promieni matrycy rm

x współczynnik określający położenie warstwy neutralnej w

zależności od rs/g

α ° kąt gięcia

β ° kąta powrotnego odkształcenia sprężystego przy gięciu

2.1 Wiadomości podstawowe

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

a) gięcie na prasach, b) gięcie na walcach, c) 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

BADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA

Strona 2 - 3

moŜna rozpatrywać jako belkę spoczywającą na dwóch podpo-rach o rozstawieniu w, obciąŜoną w środku siłę skupioną P (ry-sunek 2.1).

rm

w

A’ A

P

A’ ABI J

Moment M

M p

Krzywizna 1/ρ

p’ p” Nacisk

Droga stempla

1 - gięcie sprężyste2 - gięcie plastyczne

3 - dotłaczanie

1

2

3

B

P

rs

α

g

Rysunek 2.1 Fazy procesu gięcia

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

a) b)

rs+0,5g rs+0,5g

αα

c

AA’

BB’BB’

Rysunek 2.2 Kształt linii ugięcia w procesie gięcia: 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


Strona 2 - 4

rs i połowie grubości płaskownika g, 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 P 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 w i promienia ich zaokrąglenia rm. 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.

a)

BA

P

b)

rmBA

P

C

T

c)

rm

P’

w

Rysunek 2.3 Wpływ wymiarów matrycy na przebieg gięcia

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 w, promień za-


Strona 2 - 5

okrąglenia krawędzi gnących rm) w zaleŜności od stosunku promienia stempla rs do grubości zginanej blachy g przy gięciu pod kątem 90° podaje tabela 2.1. Ta sama tabela podaje rów-nieŜ 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 materiałuRodzaj materiałuRodzaj materiałuRodzaj materiału rrrrs s s s /g/g/g/g w /gw /gw /gw /g rrrrm m m m /g/g/g/g

Stal 0.18÷0.26 %C

R0,2 =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

R0,2 =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 (wyŜarzony)

R0,2 =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 Ps, moŜna obliczyć z nastę-pującego wzoru [3]:

w

RgbP m

s⋅⋅⋅=

2

1,1 [N]

Obliczanie siły gięcia z dotłaczaniem umoŜliwia zaleŜność:

Pd = p � � � � F [N]

Tabela 2.2 Przybliżone wartości nacisku jednostkowego p [MPa] podczas gięcia z dotłaczaniem [2]

MateriałMateriałMateriałMateriał Grubości materiału Grubości materiału Grubości materiału Grubości materiału gggg [mm][mm][mm][mm]

<1<1<1<1 1111÷÷÷÷3333 3333÷÷÷÷6666 6666÷÷÷÷10101010

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


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:

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

b) połoŜenia linii gięcia w stosunku do kierunku walcowania materiału (najmniejszy promień moŜna 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 gięcia rs

Kierunek gięcia do kierunku walcowaniaKierunek gięcia do kierunku walcowaniaKierunek gięcia do kierunku walcowaniaKierunek gięcia do kierunku walcowania

Materiał:Materiał:Materiał:Materiał: stalstalstalstal prostopadłyprostopadłyprostopadłyprostopadły równoległyrównoległyrównoległyrównoległy

Gięcie pGięcie pGięcie pGięcie pod kątem od kątem od kątem od kątem αααα

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 kąta wygiętego przedmiotu wskutek sprężynowa-nia: β -kąt sprężynowania

W procesie gięcia występuję zarówno odkształcenia plastyczne


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 β (jednostronnego) moŜna posłuŜyć się następu-jącymi wzorami [2]:

− dla wygindla wygindla wygindla wyginania swobodnegoania swobodnegoania swobodnegoania swobodnego: tg β = 0,375 �� w/(1–x ) ��g ��Re /E

− dla wyginania z dotłaczdla wyginania z dotłaczdla wyginania z dotłaczdla wyginania z dotłaczaaaaniemniemniemniem ( 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 Wartości współczynnika x w funkcji rs/g przy gięciu pod kątem 90° (stal mi ękkiej o zawartości 0,10-0,20%C [2]

rs/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 Wartości katów sprężynowania β [°] przy gi ęciu swobodnym

pod kątem 90°[3]

Materiał Rm [Mpa] rs/g Grubość materiału g [mm]

do 0,8 0,8÷2 powyŜej 2

Stal miękka Rm ≈350 < 1 2 1 0

Mosiądz Rm<350 1÷5 2,5 1,5 0,5

Aluminium > 5 3 2 1

Stal Rm =400÷500 < 1 2,5 1 0

Mosiądz Rm>350 1÷5 3 1,5 0,5

> 5 4 2,5 1,5

Stal twarda Rm > 550 < 1 3,5 2 1

1÷5 4,5 2,5 1,5

> 5 6 3,5 2,5


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 kąta sprężynowania przez: a) odkształcenie sprężyste ramion po operacji gięcia; b) sprężyste zakrzywienie dna; c) dotłaczanie bocznymi szczękami; d) wywołanie dodatkowego odkształcenia pla-stycznego w miejscu gięcia.

Wady wytłoczek giętych

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

a) a) a) a) WWWWgłębiegłębiegłębiegłębienie w postaci bruzdy, na zewnętrznej pnie w postaci bruzdy, na zewnętrznej pnie w postaci bruzdy, na zewnętrznej pnie w postaci bruzdy, na zewnętrznej po-o-o-o-wierzchni blachy i biegnącej wzdłuŜ krawędzi giwierzchni blachy i biegnącej wzdłuŜ krawędzi giwierzchni blachy i biegnącej wzdłuŜ krawędzi giwierzchni blachy i biegnącej wzdłuŜ krawędzi gięęęęciaciaciacia

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

b) Esowaty kształt zagiętegob) Esowaty kształt zagiętegob) Esowaty kształt zagiętegob) Esowaty kształt zagiętego ramienia, będący ślramienia, będący ślramienia, będący ślramienia, będący śla-a-a-a-dem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego odem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego odem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego odem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego od-d-d-d-cinkacinkacinkacinka

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


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 blachywnętrzną powierzchnię blachywnętrzną powierzchnię blachywnętrzną powierzchnię blachy

Wadę te moŜemy zaobserwować przy zbyt małym promieniu zaokrąglenia krawędzi stempla rS w sto-sunku do grubości blachy g. Aby tego uniknąć nale-Ŝy przestrzegać zaleŜności rS /g > 1,5.

dddd) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuŜ zagiętej kr) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuŜ zagiętej kr) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuŜ zagiętej kr) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuŜ zagiętej kra-a-a-a-wędziwędziwędziwędzi

Aby uniknąć pękaniu zewnętrznej, rozciąganej war-stwy materiału stosunek promienia rw 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.

eeee) Uszkodzenie powierzchni w) Uszkodzenie powierzchni w) Uszkodzenie powierzchni w) Uszkodzenie powierzchni wyyyytłoczki od ślizgającej tłoczki od ślizgającej tłoczki od ślizgającej tłoczki od ślizgającej się po powierzchni blachy krsię po powierzchni blachy krsię po powierzchni blachy krsię po powierzchni blachy kraaaawędzi matrycywędzi matrycywędzi matrycywędzi 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 prze) Deformacja przekroju poprzecznegokroju poprzecznegokroju poprzecznegokroju 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 metodą gięcia na prasach


Strona 2 - 10

2.2 Wykonanie ćwiczenia

Gięcie próbek przeprowadza się na prasie.

1. Określić wymiary próbek – pomiar długości L, szerokość b, grubość g kaŜdej 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 (zaleŜnie od grubości próbki g)

4. Dobrać parametry konstrukcyjne matryc:

a) określić stosunek rs /g, b) w tabeli 2.1 znaleźć liczbę najbliŜszą obliczonej war-

tości rs /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 rm, 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 rs=0,8 mm (tabela 2.3). Z kompletu stempli naleŜy wybrać najbliŜszy o promie-niu większym, czyli rs=1 mm. Ad 4. Dla rs /g = 1mm, w/g=6,8, rm/g =3,7 oraz k= 52,97 MPa (tabela 2.1). Teoretyczne wymiary matrycy: w=6,8 mm, rm=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 spręŜynowania β.


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

10. Zmierzyć kąty wygiętych próbek. Określić rzeczywisty kąt spręŜynowania βrz. 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.


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.

lab technologii ćw 2

Documents