Lab technologii ćw 2

LABORATORIUM TECHNOLOGII
2
Badanie
technologicznych
parametrów gięcia
Adam Leśniewicz
Cel ćwiczenia:
o
zapoznanie z przebiegiem procesu gięcia blach,
o
wyznaczenie siły, minimalnego promienia gięcia, kąta odkształcenia sprężystego (kąta sprężynowania)
dla gięcia swobodnego i gięcia z dotłaczaniem,
o
nabycie umiejętności obliczania wartości parametrów, niezbędnych do:
− projektowania procesu technologicznego gięcia
(dobór pras),
− konstruowania tłoczników do gięcia.
Strona
2-1
LABORATORIUM TECHNOLOGII
ĆWICZENIE 2
Wykaz oznaczeń:
b
F
g
p
Pd
Ps
R0,2
Rm
rm
rs
w
x
α
β
mm szerokość giętego przedmiotu
mm2 powierzchnia rzutu dotłaczanego półwyrobu (pod stemplem)
mm grubość giętego przedmiotu
MPa nacisk jednostkowy dotłaczania
N
siła gięcia z dotłaczaniem
N
siłę gięcia (wyginania) swobodnego
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 rm
współczynnik określający położenie warstwy neutralnej w
zależności od rs/g
kąt gięcia
°
kąta powrotnego odkształcenia sprężystego przy gięciu
°
2.1 Wiadomości podstawowe
W zaleŜności od rodzaju ruchu narzędzia w stosunku do obrabianego 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 swobodnego).
W początkowej fazie wyginania kształtowany np. płaskownik
Strona
2-2
BADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA
moŜna rozpatrywać jako belkę spoczywającą na dwóch podporach o rozstawieniu w, obciąŜoną w środku siłę skupioną P (rysunek 2.1).
P
1 - gięcie sprężyste
2 - gięcie plastyczne
3 - dotłaczanie
α
g
rs
p’
p”
Nacisk
1
B
A’
rm A
2
3
Droga stempla
Moment M
P
A’
I
B
w
Mp
J
A
Krzywizna 1/ρ
Rysunek 2.1 Fazy procesu gięcia
Pod działaniem siły belka ugina się spręŜyście. Faza gięcia
spręŜystego kończy się z chwilą pojawienia się pierwszych odkształceń plastycznych w skrajnych włóknach materiału.
a)
b)
α
α
A
A’
rs+0,5g
rs+0,5g
B’
B
c
B’
B
Rysunek 2.2 Kształt linii ugięcia w procesie gięcia:
a) rzeczywisty, b) idealny.
Dalszy wzrost nacisku stempla powoduje rozszerzanie się uplastycznionego 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 plastycznie. Po fazie gięcia plastycznego linia ugięcia płaskownika
składa się (rysunek 2.2a) z odcinka B'B, który jest w przybliŜeniu łukiem koła o promieniu równym sumie promienia stempla
Strona 2 - 3
LABORATORIUM TECHNOLOGII
ĆWICZENIE 2
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 wyginanego przedmiotu róŜni się więc od zarysu idealnego (rysunek
2.2b) występowaniem, w tym pierwszym, odcinków o przejściowej krzywiźnie.
JeŜeli chcemy otrzymać przedmiot o zarysie bardziej zbliŜonym
do zarysu idealnego, musimy zastosować dotłaczanie. W tej fazie gięcia powierzchnie stempla i matrycy zbliŜają się do siebie,
dzięki czemu wyginany przedmiot przyjmuje kształt narzędzi.
Nacisk stempla podczas dotłaczania moŜe wielokrotnie przekroczyć wartość siły P występujące przy końcu fazy gięcie plastycznego (rysunek 2.1).
Przebieg procesu gięcia, kształt otrzymanego zarysu przedmiotu oraz wielkość nacisku stempla zaleŜą od wymiarów roboczych 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 ulega odcinek AB o długości znacznie większej niŜ długość łuku
gotowego przedmiotu.
P
P
P’
C
A
B
A
B
rm
rm
T
a)
b)
c)
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 niekorzystnie wpływa na dokładność wyginania. Zbyt małe rozstawienie krawędzi gnących (rysunek 2.3c) i zbyt mały promień
ich zaokrąglenia powoduje znaczny wzrost nacisku stempla i
często uniemoŜliwienie zagięcia na Ŝądany kąt oraz zmniejszenie grubości przedmiotu i jego wgniecenia. Zalecane wymiary matrycy (rozstawianie krawędzi gnących w, promień zaStrona
2-4
BADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA
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 równieŜ wartości współczynnika k, który potrzebny jest przy obliczaniu nacisku stempla dla wyrobów wyginanych bez dotłaczania.
Tabela 2.1 Parametry wyginania pod katem 90° [1]
rs /g
Rodzaj materiału
Stal 0.18÷0.26 %C
R0,2 =240 MPa
Stal 0,42 %C
R0,2 =350MPa
Miedź
Mosiądz (wyŜarzony)
R0,2 =150 MPa
w /g
rm /g
1
1.6
2.5
4
6,8
7,9
9,6
12,5
3,7
3,3
3
2,4
1
1,6
2,5
4
7,1
8,3
9,9
12,8
2,1
1,9
1,75
1,5
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 następującego wzoru [3]:
b ⋅ g 2 ⋅ Rm
[N]
Ps = 1,1 ⋅
w
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]
Grubości materiału g [mm]
Materiał
Aluminium
Mosiądz
Stal 0,08÷0,2%C
Stal 0,25÷0,35%C
<1
1÷3
15÷20
20÷30
30÷40
40÷50
20÷30
30÷40
40÷60
50÷70
3÷6
30÷40
40÷60
60÷80
70÷100
6÷10
40÷50
60÷80
80÷100
100÷120
Strona
2-5
LABORATORIUM TECHNOLOGII
ĆWICZENIE 2
Najmniejsze dopuszczalne promienie gięcia.
Najmniejsze dopuszczalne promienie gięcia powinny odpowiadać podatności materiału do odkształceń plastycznych i nie powodować pęknięć w skrajnych (rozciąganych) włóknach materiału. Minimalne promienie gięcia zaleŜę od:
a) rodzaju i stanu materiału (dla materiałów bardziej umacniających się naleŜy stosować większe promienie gięcia),
b) połoŜenia linii gięcia w stosunku do kierunku walcowania
materiału (najmniejszy promień moŜna zastosować, gdy linia gięcia jest prostopadła do kierunku włókien),
c) stanu powierzchni (nierówności, naderwania lub rysy występujące 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 walcowania
Materiał: stal
prostopadły
równoległy
Gięcie pod
pod kątem α
45°
90°
180°
45°
90°
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 sprężynowania: β -kąt sprężynowania
W procesie gięcia występuję zarówno odkształcenia plastyczne
Strona
2-6
BADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA
jak i odkształcenia spręŜyste, które ustępuję po zakończeniu
gięcia. Wskutek tego następuje zmiana wymiarów przedmiotu
w porównaniu z wymiarami nadawanymi narzędziami tłocznika. Wspomnianą zmianę wymiarów nazywa się spręŜynowaniem 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 odkształcenia spręŜystego β (jednostronnego) moŜna posłuŜyć się następującymi wzorami [2]:
−
dla wyginania
wyginania swobodnego:
swobodnego tg β = 0,375 — w/(1–x ) ——g —Re /E
−
dla wyginania z dotłacza
dotłaczaniem ( 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
<1
3,5
2
1
1÷5
4,5
2,5
1,5
>5
6
3,5
2,5
Stal twarda Rm > 550
Strona
2-7
LABORATORIUM TECHNOLOGII
ĆWICZENIE 2
W celu skompensowania kąta spręŜynowania przy gięciu naleŜy zmniejszyć kąt stempla o podwójną wartość kąta spręŜynowania. Sposoby zapobiegania zjawisku powrotnego spręŜynowania 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 plastycznego w miejscu gięcia.
Wady wytłoczek giętych
Na rysunkach rysunkach 2.6a–f przedstawiono często spotykane wady wytłoczek, wykonane metodą gięcia na prasach:
a) Wgłębienie
głębienie w postaci bruzdy, na zewnętrznej popowierzchni blachy i biegnącej wzdłuŜ krawędzi gię
gięcia
WydłuŜenie poprzeczne powoduje lokalny ubytek
grubości tego obszaru i prowadzi do powstania
bruzdy, widocznej na powierzchni blachy.
b) Esowaty kształt zagiętego ramienia, będący ślaśladem rozginania niepotrzebnie zakrzywionego ododcinka
Przyczyną tej wady jest nadmierna długość plastycznie zakrzywionego odcinka giętego ramienia.
Strona
2-8
BADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA
c) Wgniecenie krawędzi gnącej stemplem w wewewnętrzną powierzchnię blachy
Wadę te moŜemy zaobserwować przy zbyt małym
promieniu zaokrąglenia krawędzi stempla rS w stosunku do grubości blachy g. Aby tego uniknąć naleŜy przestrzegać zaleŜności rS /g > 1,5.
d) Pęknięcie blachy biegnące wzdłuŜ zagiętej krakrawędzi
Aby uniknąć pękaniu zewnętrznej, rozciąganej warstwy materiału stosunek promienia rw do grubości
blachy g nie moŜe być mniejszy od wartości granicznej, która jest zaleŜna od rodzaju materiału
oraz od kierunku zginanej krawędzi względem kierunku walcowania. JeŜeli te dwa kierunki będą
zgodne wtedy będzie to oznaczać przyspieszenie pękania materiału.
e) Uszkodzenie powierzchni wy
wytłoczki od ślizgającej
się po powierzchni blachy kra
krawędzi 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 materiału wykazującego mniejsze powinowactwo chemiczne lub azotowanie powierzchni narzędzi.
f) Deformacja przekroju
przekroju 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
2-9
LABORATORIUM TECHNOLOGII
ĆWICZENIE 2
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 promieniach 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 wartości rs /g,
c) w tym samym rzędzie tabeli znaleźć liczbę określającą stosunek w/g
d) dla danej wartości g obliczyć wymiar matrycy w i
promień matrycy rm,
e) z kompletu matryc dobrać matryce wymienne odpowiadającą obliczonym parametrom.
Przykład doboru matrycy (pkt 3 i 4):
Ad 3. Dla stali niskowęglowej o grubości g=1mm, zadziorów skierowanych do środka i kierunku linii gięcia w stosunku do kierunku włókien pod kątem 90º najmniejszy
dopuszczalny promień gięcia rs=0,8 mm (tabela 2.3).
Z kompletu stempli naleŜy wybrać najbliŜszy o promieniu 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 stemplem (F=b—w).
7. Obliczyć z pomocą oprogramowania siłę gięcia swobodnego,
siłę gięcia z dotłaczaniem oraz kąt spręŜynowania β.
Strona
2 - 10
BADANIE TECHNOLOGICZNYCH PARAMETRÓW GIĘCIA
8. Przeprowadzić próby wyginania swobodnego, zanotować
rzeczywistą siłę gięcia.
9. Przeprowadzić próby gięcia z dotłaczaniem, zanotować rzeczywistą 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 wyciągnąć wnioski odnośnie doboru matryc.
Strona
2 - 11
LABORATORIUM TECHNOLOGII
ĆWICZENIE 2
13. Dokonać oględzin wygiętych próbek, sprawdzić czy pojawiły
się pęknięcia w warstwach rozciąganych, wyciągnąć wnioski z zastosowanych promieni gięcia.
Literatura
1. Erbel S., Kuczyński K., Marciniak Z., Techniki wytwarzania. Obróbka plastyczna, PWN Warszawa 1986
2. Romanowski W.P., Tłoczenie na zimno. Poradnik, WNT
Warszawa 1964
3. Praca zbiorowa pod redakcją J. Sobolewskiego: Projektowanie technologii maszyn, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej 2007.
Strona
2 - 12