jyT9rWrY_14.pdf

7. GIĘCIE PLASTYCZNE

7.1. Cel ćwiczenia

Zapoznanie ze sposobami gięcia, a także z naprężeniami i odkształceniami powstającymi

przy tym zabiegu, jak również z praktycznym wykonaniem gięcia na zimno.

7.2. Wprowadzenie

Gięcie jest procesem kształtowania przedmiotów, w których zachowana zostaje prostoli-

niowość tworzących, a zmiana krzywizny giętego materiału zachodzi w jednej płaszczyźnie.

Obejmuje takie operacje jak: wyginanie, zaginanie, zwijanie, profilowanie, skręcanie, prosto-

wanie. Operacje gięcia mogą być prowadzone zarówno na zimno jak i na gorąco ( tj. powyżej

temperatury rekrystalizacji).

7.2.1. Metody gięcia

W zależności od rodzaju ruchu narzędzia w stosunku do obrabianego materiału znane są

następujące metody gięcia:

• na prasach (rys. 7.1 a,b,c),

• walcach (rys. 7.1 d,e,f,g,h,i,j)

• za pomocą ciągnienia (przepychania) (rys. 7.1 k)

Wyginanie (rys. 7.1 a) jest podstawowym sposobem gięcia na prasach. Pas blachy 1 poło-

żony na matrycy 2 kształtowany jest wskutek wywierania przez stempel 3 odpowiedniego

nacisku na materiał. Powoduje to zakrzywianie się blachy i obrót ramion wyginanego przed-

miotu.

Zaginanie (rys.7.1 b) – blacha 1 w trakcie zaginania dociskana jest do czoła stempla 2 za

pomocą sprężystego dociskacza 3. Ramiona blachy wystające poza stempel ślizgają się po

zaokrąglonych krawędziach matrycy 4 ulegając stopniowemu zaginaniu.

Zwijanie (rys. 7.1 c) – siła kształtująca skierowana jest wzdłuż płaszczyzny blachy.

Kształtowanie blachy następuje wskutek ślizgania się jej po wewnętrznej walcowej po-

wierzchni matrycy 2. Zwinięty przedmiot wyjmowany jest poprzez wysunięcie w kierunku

równoległym do osi ukształtowanego przedmiotu.

Owijanie (rys. 7.1 d,e,f,g,) – metoda ta polega na zamocowaniu jednego końca blachy,

drutu lub rury w przyrządzie, natomiast drugi koniec dociskany jest rolką lub płytą do wzor-

nika.

Gięcie na trzech walcach (rys. 7.1. h) – blachę umieszcza się pomiędzy trzema obracają-

cymi się walcami. Krzywiznę gięcia uzyskujemy poprzez odpowiedni rozstaw i działanie na-

cisków. W ten sposób m. in. można uzyskiwać rury o dużych średnicach lub płaszcze zbiorni-

ków cystern. Gięcie na walcach wykorzystywane jest również do prostowania wyrobów w

prostownicach rolkowych (rys.7.1 i).

Do wykonywania elementów giętych o dużych długościach stosuje się często walcowanie

wzdłużne (rys.7.1j).

Gięcie przez przeciąganie (rys. 7.1.k) służy głównie do zwijania taśmy w rury.

123

Rys. 7.1. Sposoby gięcia: a) wyginanie, b) zaginanie, c) zwijanie, d) owijanie prętów, e) gię-

cie na zaginarkach, f) zwijanie sprężyn na trzpieniu, g) owijanie rur, h) gięcie blachy za po-

mocą trzech walców, i) prostowanie blachy, j) wzdłużne walcowanie kształtowników, k) gię-

cie przez przeciąganie

7.2.2. Rozkład naprężeń i odkształceń

Stan naprężeń i odkształceń występujący przy gięciu zależy przede wszystkim od geome-

trycznych warunków procesu, tj. od stosunku wymiarów przekroju poprzecznego b/g (rys.

7.2) i krzywizny gięcia 1/ ρ .

W procesie gięcia wyróżnia się następujące fazy:

1. Faza odkształceń sprężystych materiału, dla której w skrajnych punktach przekroju po-

przecznego wartość naprężeń i odkształceń jest liniowa. Faza gięcia sprężystego kończy się z

chwilą, gdy w skrajnych włóknach naprężenia osiągną wartość naprężeń uplastyczniających

.Zależność między odkształceniem ε a naprężeniem σ, występującym przy jednoosiowym

124

rozciąganiu lub ściskaniu dla większości metali i ich stopów przedstawia wykres podany na

rys. 7.3 a. Prostoliniowy odcinek P r OP c tej krzywej odpowiada stanowi sprężystemu.

Rys. 7.2. Klasyfikacja procesów gięcia ze względu na stan naprężeń: a) gięcie o małej krzywiźnie

pasów wąskich, b) gięcie o małej krzywiźnie pasów szerokich, c) gięcie o dużej krzywiźnie

2. Faza odkształceń plastycznych. Gdy naprężenie przekroczy pewną graniczną wartość

σ 0 p (granicę plastyczności), co jest równoznaczne z osiągnięciem odkształceń większych od

wartości ε p , materiał wchodzi w stan plastyczny, charakteryzujący się odkształceniem trwa-

łym. Wraz ze wzrostem odkształcenia trwałego obserwuje się pewien dalszy wzrost napręże-

nia uplastyczniającego, spowodowany zjawiskiem umocnienia się materiału odkształcanego

plastycznie na zimno.

Prostoliniowy odcinek pręta wykonanego z materiału o opisanych własnościach poddany

został zginaniu pod wpływem wzrastającego stopniowo momentu zginającego M , przyłożo-

nego do obu końców tego pręta. W wyniku działania momentu M następuje zakrzywienie

pręta, przy czym w zakresie sprężystym zarówno odkształcenia osiowe ε r jak i naprężenia σ

są proporcjonalne do odległości rozpatrywanej warstwy od osi neutralnej. Rozkład naprężeń i

odkształceń w przekroju poprzecznym pręta przedstawiono na rys. 7.3 b,c. Faza gięcia sprę-

żystego kończy się z chwilą, gdy w warstwie skrajnej odkształcenia i naprężenia osiągną war-

tości graniczne ε p i σ p 0 (stan A). Przy dalszym zwiększaniu krzywizny, już w zakresie pla-

stycznym, zachowany zostaje w przybliżeniu liniowy rozkład odkształceń (rys. 7.3 d), przy

czym w obu warstwach zewnętrznych o grubości f odkształcenie osiowe przekracza wartość

graniczną ε p , wobec czego warstwy te znajdują się w stanie plastycznym, podczas gdy leżąca

między nimi warstwa o grubości e jest jeszcze w stanie sprężystym. Na podstawie wykresu

odkształceń (rys. 7.3 d) oraz wykresu podstawowego (rys. 7.3 a) wyznaczyć można napręże-

nie osiowe istniejące w każdym punkcie przekroju poprzecznego przy plastycznym zginaniu.

Otrzymany w ten sposób rozkład naprężeń przedstawia rys. 7.3 e. Jak widać, w środkowej

warstwie sprężystej naprężenia wzrastają liniowo w miarę oddalenia się od warstwy neutral-

nej, by na granicy obszaru uplastyczniającego osiągnąć σ p 0 . Dalszy ich wzrost w obszarze

plastycznym spowodo-

125

Rys. 7.3. Rozkład odkształceń i naprężeń w przekroju poprzecznym pręta giętego: a) zależ-

ność między odkształceniem ε a naprężeniem σ przy jednoosiowym rozciąganiu i ściskaniu

metalu, b) odkształcenia sprężyste, d) naprężenia sprężyste, e) odkształcenia plastyczne, f)

odkształcenia przy odciążaniu, g) naprężenia przy odciążaniu, h) odkształcenia szczątkowe, i)

naprężenia szczątkowe

wany jest zjawiskiem umacniania się odkształconego materiału i nie jest proporcjonalny do

odległości od warstwy neutralnej.

3. Faza powrotnych odkształceń sprężystych. Omawiany dotychczas rozkład naprężeń i

odkształceń odnosił się do procesu obciążania, przy którym zarówno moment zginający jak i

zakrzywienie stopniowo się zwiększają. Wyobrażając sobie, że po osiągnięciu stanu zakrzy-

wienia B pokazanego na rys. 7.3 d,e następuje odciążenie; moment zginający zaczyna się

zmniejszać, dochodząc w końcu do zera. W czasie odciążania następuje częściowe wyprosto-

wanie zakrzywionego pręta, a więc zakrzywienie jego osi ulega pewnemu zmniejszeniu.

W celu określenia rozkładu naprężeń po odciążeniu, należy założyć chwilowo, że pręt za-

krzywiony jak w stanie B jest wolny od odkształceń i naprężeń. Zmniejszenie się jego za-

krzywienia, odpowiadające odciążeniu (równoznaczne z częściowym rozgięciem pręta) wy-

woła w nim odkształcenia i naprężenia o znaku przeciwnym niż przy zagięciu. Ponieważ od-

ciążanie

126

zachodzi w zakresie sprężystym, przeto rozkład tych naprężeń i odkształceń będzie liniowy,

jak to przedstawia rys. 7.3 f,g. Jeżeli materiał w stanie wyjściowym B nie jest wolny od na-

prężeń, tak jak to jest w rzeczywistości, wówczas wykres 7.3 g przedstawia naprężenia σ BC

związane z odciążaniem. Naprężenia te można określić pamiętając, że rozkład ich jest linio-

wy, a moment względem osi neutralnej musi być równy - M B .

W celu otrzymania rozkładu naprężeń pozostających w pręcie po zdjęciu obciążenia nale-

ży zsumować rozkłady naprężeń pokazane na rys. 7.3 e,g. Otrzymany w ten sposób rozkład

naprężeń własnych, pozostających w materiale po całkowitym zdjęciu obciążenia zewnętrz-

nego (stan C ), przedstawia rys. 7.3 i. Jak widać z tego rysunku, w warstwie zewnętrznej, która

w czasie gięcia była rozciągana, pojawiają się ściskające naprężenia własne (szczątkowe) i

odwrotnie - w skrajnej warstwie wewnętrznej pozostają rozciągające naprężenia własne. Jak

zawsze przy naprężeniach własnych istnieje równowaga sił i momentów.

7.2.3. Określenie momentu gięcia

Obliczenie momentu gnącego, potrzebnego do uzy-

skania żądanej krzywizny trwałej, napotyka na duże

trudności ze względu na złożone zjawiska zachodzące w

procesie gięcia plastycznego, jak np. krzywoliniowy

rozkład naprężeń spowodowany umocnieniem materia-

łu, zmniejszenie się grubości giętego przedmiotu itp.

Istnieje możliwość uwzględnienia tych wszystkich

czynników przy jednoczesnym zachowaniu prostoty

obliczeń potrzebnych do określenia wartości momentu.

Do tego celu niezbędna jest doświadczalnie wyznaczo-

na charakterystyka materiału, ujmująca zmianę jego

własności przy gięciu plastycznym. W celu uzyskania

takiej charakterystyki najlepiej jest przeprowadzić ope-

rację gięcia czystym momentem gnącym (rys. 7.4).

Analityczne określenie rozkładu momentów dla za-

kresu:

Rys. 7.4. Schemat gięcia czy-

stym momentem

≤

−

M x

⋅

(7.1)

dla zakresu:

−

≤

M x

⋅

−

⋅

(

−

)

⋅

−

⋅

(

−

)

po redukcji otrzymuje się:

127

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: