Jak kontrolować trzy deformacje gięcia metalu podczas procesu wykrawania?

Szacowany czas czytania: 14 minuty

Proces i charakterystyka odkształcenia gięcia

Proces odkształcania gięcia

W tym rozdziale zginanie w kształcie litery V jest traktowane jako przykład ilustrujący proces odkształcania zginania, jak pokazano na rys. 1-1. Na początku gięcia wewnętrzny promień gięcia półwyrobu jest większy niż promień zaokrąglenia stempla. W miarę dociskania stempla prosta krawędź półfabrykatu stopniowo zbliża się do powierzchni matrycy w kształcie litery V, a promień wewnątrz gięcia stopniowo się zmniejsza, tj.

r₀r₁r₂r

Jednocześnie ramię momentu zginającego jest stopniowo redukowane, tj.

ja₀l₁l₂l_k

Kiedy stempel, blankiet i matryca są całkowicie ściśnięte, promień gięcia i ramię gnące wewnątrz półfabrykatu osiągają minimum, a proces gięcia się kończy.

Gięcie dzieli się na gięcie swobodne i gięcie korekcyjne. Gięcie swobodne oznacza, że gdy końce gięcia, stempel, matryca i półfabrykat są zgodne, stempel nie jest już dociskany. Gięcie korekcyjne odnosi się do stempla, wklęsłej matrycy i półfabrykatu trzy spójne, stempel nadal dociska, dzięki czemu półfabrykat ma dalsze odkształcenie plastyczne, aby skorygować zginane części.

Charakterystyka odkształcenia gięcia

W celu obserwowania przepływu metalu podczas gięcia blachy i analizy charakterystyki odkształcenia materiału, przed gięciem na bocznej powierzchni blachy można ustawić siatkę kwadratową. Siatkę wykonuje się zwykle metodą grawerowania mechanicznego lub trawienia fotograficznego, a następnie obserwuje się i mierzy zmiany wielkości i kształtu siatki przed i po gięciu za pomocą mikroskopu narzędziowego, jak pokazano na rys. 1-2.

Przed zginaniem wszystkie linie boczne materiału są liniami prostymi, tworząc małą kwadratową siatkę o jednakowej wielkości i długości podłużnej linii siatki aa=bb. Po zginaniu można zauważyć, że odkształcenie zginania ma następującą charakterystykę obserwując zmiany kształtu oczek.

1. Zakrzywiona część zaokrąglona jest głównym obszarem deformacji zginania.

Po gięciu część do gięcia jest dzielona na dwie części: zaokrąglony róg i prostą krawędź. Odkształcenie występuje głównie w zakresie środkowego kąta gięcia α, a poza tym środkowym kątem odkształcenia zasadniczo nie ma.

2. W strefie odkształcenia półwyrób ma odkształcenie w trzech kierunkach długości, szerokości i grubości, ale odkształcenie nie jest jednolite.

• Kierunek długości

Siatka zostaje zmieniona z kwadratowej na wachlarzową, długość boku przy matrycy (obszar zewnętrzny) jest wydłużona, długość boku blisko stempla (obszar wewnętrzny) jest skrócona, czyli łuk bb＞ odcinek linii bb , łuk aa ＜ odcinek aa. Od wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni do środka blanku stopień skrócenia i wydłużenia stopniowo się zmniejsza. Pomiędzy dwiema strefami odkształcenia skrócenia i wydłużenia musi znajdować się warstwa, której długość nie zmienia się przed i po odkształceniu. Warstwa ta nazywana jest warstwą neutralną odkształceń.

• Kierunek grubości

Zwiększa się grubość obszaru wewnętrznego, a zmniejsza się grubość obszaru zewnętrznego, ale ponieważ stempel obszaru wewnętrznego zagęszcza półfabrykat, deformacja kierunku grubości jest trudniejsza, więc wzrost grubości wewnętrznej jest mniejszy niż pocienienie grubości zewnętrznej , dzięki czemu grubość materiału w obszarze odkształcenia gięcia stanie się cieńsza, tak że neutralna warstwa półfabrykatu nastąpi przesunięcie do wewnątrz.

• Kierunek szerokości

Istnieją dwa przypadki: jednym jest wygięcie wąskiej płyty (b/t≤3), a odkształcenie w kierunku szerokości nie jest ograniczone, a przekrój staje się kształtem wachlarzowym o szerokości wewnętrznej i szerokości zewnętrznej; drugi to wygięcie szerokiej blachy (stosunek szerokości półfabrykatu do grubości b/t＞3), a odkształcenie materiału w kierunku szerokości jest ograniczone przez sąsiedni metal, a przekrój jest prawie bez zmian i zasadniczo pozostaje prostokątem, jak pokazano na rys. 1-3 (a) i (b) pokazują zmiany przekroju w dwóch warunkach.

Ponieważ odcinek strefy odkształcenia wąskiej płyty jest zniekształcony podczas gięcia, konieczne jest dodanie kolejnych procedur pomocniczych, gdy wymagany jest rozmiar boku giętej części lub wymagana jest współpraca z innymi częściami. Większość gięcia w rzeczywistej produkcji należy do gięcia szerokiego blachy.

Analiza jakości gięcia części

Pęknięcie zginające

1.Minimalny promień gięcia

Promień gięcia odnosi się do promienia krzywizny wewnątrz części giętej, r jak pokazano na Rys. 1-3. Z odkształcenia gięcia można zauważyć, że podczas gięcia powierzchnia zewnętrzna arkusza jest rozciągana. Gdy naprężenie rozciągające na zewnątrz przekracza wytrzymałość materiału na rozciąganie, na zewnętrznej stronie arkusza materiału pojawi się pęknięcie. Zjawisko to nazywa się pękaniem zginającym.

Pod warunkiem jednakowej grubości blachy to, czy gięta część jest zgięta i pęknięta, zależy głównie od promienia gięcia r. Im mniejsze r, tym większy stopień odkształcenia zginania. Dlatego istnieje minimalny promień gięcia r_min które mogą zapewnić, że zewnętrzne włókno nie spowoduje pęknięć zginających. Innymi słowy, minimalny promień zaokrąglenia, który można zagiąć do wewnętrznej powierzchni części pod warunkiem, że materiał blachy nie zniszczy, nazywany jest minimalnym promieniem gięcia r_mini służy do wyrażenia limitu formowania podczas gięcia.

Minimalny promień gięcia r_min zależy od właściwości mechanicznych materiału, jakości powierzchni i jakości przekroju blachy, grubości blachy, szerokości blachy, kąta środka gięcia i kierunku linii gięcia. Ponieważ wpływ powyższych czynników jest bardzo złożony, wartość minimalnego promienia gięcia określa się na ogół metodą eksperymentalną. Minimalne wartości promienia gięcia różnych materiałów metalowych w różnych stanach przedstawiono w tabeli 1-1.

Materiał	Normalizacja lub wyżarzanie	Normalizacja lub wyżarzanie	Hartowanie na zimno	Hartowanie na zimno
	Kierunek linii gięcia	Kierunek linii gięcia	Kierunek linii gięcia	Kierunek linii gięcia
	Równoległy kierunek włókien	Pionowy kierunek włókien	Równoległy kierunek włókien	Pionowy kierunek włókien
Miękki mosiądz	0,35 t	0,1t	0,8t	0,35 t
Aluminium	0,35 t	0,1t	1,0t	0,5t
Półtwardy mosiądz	0,35 t	0,1t	1,2t	0,5t
Czysta miedź	0,35 t	0,1t	2.0t	1,0t
08、10、Q195、Q215	0,4t	0,1t	0,8t	0,4t
15、20、Q235	0,5t	0,1t	1,0t	0,5t
25、30、Q255	0,6t	0,2t	1,2t	0,6t
35、40、Q275	0,8t	0,3t	1,5t	0,8t
45、50	1,0t	0,5t	1,7t	1,0t
55、60	1,3t	0,7t	2.0t	1,3t
Miedź fosforowa	——	——	7,0t	1,0t

Notatka:

• Ta tabela jest używana dla grubości blachy mniejszej niż 10 mm, kąta gięcia większego niż 90°, dobrego przekroju ścinania;
• W gięciu po wykrojeniu lub cięciu, ale nie wyżarzonym, powinien być używany jako utwardzony wybór metalu;
• Gdy linia gięcia znajduje się pod pewnym kątem do kierunku włókna, można zastosować średnią wartość między pionowym i równoległym kierunkiem włókien;
• Tablica t to grubość blachy.

2. Mułatwia kontrolę zginania i pękania.

• Aby wybrać dobrą jakość powierzchni, brak wad materiału do zrobienia blanku. Jeśli półfabrykat ma wady, należy go usunąć przed gięciem, w przeciwnym razie gięcie pęknie w miejscu wady.
  W przypadku bardziej kruchych materiałów, grubych materiałów i materiałów utwardzanych na zimno można zastosować metodę gięcia na gorąco lub zastosowanie wyżarzania w celu zwiększenia plastyczności materiału, a następnie metody gięcia.

• Gdy promień gięcia przedmiotu obrabianego jest mały, zadzior należy wcześniej usunąć, a warstwę utwardzającą półfabrykatu usunąć metodą wyżarzania.

• Jeśli zadziory są małe, można również skierować stronę zadziorów w kierunku zakrzywionej powierzchni stempla, aby uniknąć koncentracji naprężeń i pękania obrabianego przedmiotu.

• W normalnych warunkach w projekcie nie należy stosować minimalnego promienia gięcia. Jeżeli promień gięcia przedmiotu obrabianego jest mniejszy niż wartość podana w tabeli 1-1, należy go zagiąć dwa lub więcej razy, czyli pierwsze gięcie w większy promień zaokrąglenia (większy niż r_min), po wyżarzaniu pośrednim. Następnie wymagany promień gięcia jest wyginany w procedurze kalibracji. Pozwala to na powiększenie obszaru odkształcenia i zmniejszenie wydłużenia materiału zewnętrznego.

• W przypadku gięcia grubszych materiałów, jeśli konstrukcja na to pozwala, można najpierw rozciąć, a następnie wygiąć wnętrze listwy gięcia, jak pokazano na rys. 1-4.

Zginać i odbijać

Zginaniu plastycznemu w temperaturze pokojowej, podobnie jak innym odkształceniom plastycznym, zawsze towarzyszy odkształcenie sprężyste. Podczas gięcia końców siła zewnętrzna zostaje usunięta, odkształcenie plastyczne zostaje zachowane, a odkształcenie sprężyste całkowicie zanika, co powoduje zmianę kształtu i wielkości zginanych części i jest niespójne z rozmiarem formy, zjawisko to nazywa się sprężystością zginania, określana jako odporność.

1. Pochylenie się odporność zjawisko.

Ponieważ styczne właściwości naprężenie-odkształcenie strefy odkształcenia zginającego i strony zewnętrznej są przeciwne, strona zewnętrzna jest skrócona w wyniku powrotu sprężystego, podczas gdy strona wewnętrzna jest wydłużona w wyniku powrotu sprężystego podczas odciążania, a kierunek sprężystości jest przeciwny do kierunku odkształcenia gięcia. Ponadto dla całego kęsa udział strefy nieodkształcenia jest znacznie większy niż strefy odkształcenia, a działanie bezwładności dużej powierzchni strefy nieodkształcenia również zwiększy sprężystość strefy odkształcenia, co jest kolejnym powodem, dla którego odporność na zginanie jest poważniejsza niż w przypadku innych procesów formowania.

Zjawisko sprężystości zginanych części zwykle przejawia się w dwóch postaciach, jak pokazano na rys. 1-5.

• Redukcja krzywizny. Przed odciążeniem promień zginania warstwy neutralnej wynosi ρ, a po odciążeniu promień zginania warstwy neutralnej zwiększa się do ρ'. Krzywizna zmniejsza się od 1/ρ przed rozładowaniem do 1/ρ' po rozładunku. Jeżeli ∆K reprezentuje zmniejszenie krzywizny, to

• Kąt środka gięcia zmniejsza się. Przed rozładowaniem środkowy Kąt strefy odkształcenia gięcia wynosi α; po odciążeniu środkowy Kąt strefy odkształcenia gięcia zmniejsza się do α'. Jeżeli ∆α reprezentuje zmniejszenie środkowego Kąta gięcia, to

∆α = α – α'

Kąt gięcia β ( kąt zawarty między dwiema prostymi krawędziami części giętej, stosunek między nim a środkiem gięcia Kąt α wynosi: β = 180°- α ) zwiększa się o

∆β = β – β'

Obliczone ∆K、∆α ( ∆β ) to sprężystość części zginanych, ale w porównaniu z sprężystością rzeczywistej produkcji tłoczenia, istnieje pewna różnica, ponieważ istnieje wiele czynników wpływających na sprężystość gięcia.

2. Czynniki wpływające na odporność

• Właściwości mechaniczne materiałów. Im większa granica plastyczności σ_s A to mniejszy moduł sprężystości E i większa sprężystość odkształcenia zginającego. Ponieważ im wyższa granica plastyczności σ_s materiału, tym większe jest naprężenie w przekroju obszaru odkształcenia materiału pod pewnym stopniem odkształcenia, a tym samym im większe może być wywołane odkształcenie sprężyste i tym większa jest wartość odbicia. Im większy jest moduł sprężystości E, tym większa jest odporność materiału na odkształcenia sprężyste, a więc tym mniejsza wartość odbicia. 

• Względny promień gięcia r/t. Im mniejszy jest względny promień gięcia r/t, tym mniejsza jest wartość odbicia. Im mniejszy względny promień gięcia r/t, tym większy stopień odkształcenia gięcia, tym większy całkowity stopień odkształcenia stycznego obszaru odkształcenia, tym większy udział odkształcenia plastycznego w całkowitym odkształceniu, a odpowiedni udział odkształcenia sprężystego maleje tak, że wartość odbicia maleje. Wręcz przeciwnie, im większy względny promień gięcia r/t, tym większa wartość odbicia. Jest to również powód, dla którego obrabiany przedmiot o dużym r/t nie jest łatwy do gięcia i formowania.

• Środkowy Kąt gięcia α. Im większy kąt środka gięcia α, tym większy kąt odbicia. Ponieważ wraz ze wzrostem α zwiększa się długość odcinka odkształcenia, a także skumulowana wartość odbicia, ale nie wpływa to na odbicie promienia krzywizny.

• Tryb gięcia. Wartość sprężystości jest duża, gdy zginanie jest swobodne, ale mała, gdy zginanie jest korygowane. Podczas swobodnego zginania w matrycy wklęsłej bez dna odbicie jest największe; Odbicie jest minimalne podczas korygowania wygięcia w dolnej matrycy.

• Kształt giętych części. Ogólnie rzecz biorąc, im bardziej złożony kształt zginanych części, im większa liczba kątów zginania, im większa interakcja między zginanymi częściami, im większe odkształcenie rozciągające elementów zginanych, tym mniejsza wielkość odbicia. Dlatego w procesie pierwotnego zginania sprężystość części w kształcie wklęsłym jest mniejsza niż w przypadku części w kształcie litery U, a sprężystość części w kształcie litery U jest mniejsza niż części w kształcie litery V.

• Odprawa pleśni. Podczas gięcia części w kształcie litery U, luz między matrycą wypukłą i wklęsłą ma duży wpływ na kąt odbicia. Im większy prześwit, tym większy kąt odbicia, jak pokazano na rys. 1-6. W przypadku zastosowania luzu ujemnego kąt odbicia można zmniejszyć do wartości minimalnej, a nawet do zera lub wartości ujemnej, ze względu na efekt wytłaczania matrycy na materiał.

3. Wyznaczanie wartości odbicia

Ponieważ sprężystość ma bezpośredni wpływ na kształt i wielkość zginanych części, sprężystość materiałów należy uwzględnić z góry podczas projektowania i produkcji form. Zazwyczaj wielkość części roboczej formy jest wstępnie określana na podstawie wartości empirycznej i prostych obliczeń, a następnie kształt i wielkość odpowiedniej części formy są korygowane poprzez wypróbowanie formy.

Metody wyznaczania wartości odbicia obejmują metodę obliczania formuł teoretycznych oraz metodę tabeli wyszukiwania wartości empirycznych.

• Sprężystość swobodnego zginania można podzielić na następujące sytuacje.

Wartość sprężystości swobodnego zginania, gdy względny promień gięcia jest duży. Gdy względny promień gięcia r/t ＞10, sprężystość jest stosunkowo duża. Jak pokazano na rys. 1-7, promień i kąt wygięcia wygiętych części uległy znacznej zmianie po rozładowaniu. W takim przypadku zmianę grubości materiału i ruch neutralnej warstwy naprężenie-odkształcenie można zignorować, aby uprościć obliczenia. W tym przypadku promień zaokrąglenia stempla r_dziurkacz i środek części zaokrąglenia stempla Kąt α_dziurkacz można obliczyć według następującego wzoru.

We wzorze r_dziurkacz — promień zaokrąglenia stempla, mm;
α_punkcik —— środek Kąt zaokrąglenia stempla;
r —— promień zaokrąglenia części zginanych, mm;
α —— Kąt środkowy zaokrąglonego narożnika części zginanej;
σ_s —— granica plastyczności materiału gnącego, MPa;
E —— moduł sprężystości materiału zginającego, Mpa;
t —— grubość materiału giętych części, mm.

Wartość sprężystości swobodnego zginania, gdy promień gięcia jest mały. Gdy względny promień gięcia r/t części zginanej jest mniejszy niż 5, ze względu na duży stopień odkształcenia, zmiana promienia zaokrąglenia gięcia jest niewielka po odciążeniu, więc nie można jej brać pod uwagę, a jedynie zmianę środek gięcia Kąt jest brany pod uwagę.
Gdy kąt środka gięcia części zginanej nie wynosi 90°, kąt sprężystości można obliczyć zgodnie z następującym wzorem.

∆α =α/90x∆α₉₀

We wzorze ∆α —— Kąt sprężystości, gdy środek zginania Kąt części zginanej wynosi α;
α₉₀ —— Kąt sprężystości, gdy kąt środka gięcia wynosi 90°, jak pokazano w Tabeli 1-2;
α —— środek zginania Kąt części zginanej.

Materiały	r/t	Grubość materiału t  (mm)	Grubość materiału t  (mm)	Grubość materiału t  (mm)
		＜0.8	0.8~2	＞2
Stal miękka (σb=350MPa) Mosiądz (σb=350MPa) Aluminium i cynk (σb=350MPa)	＜11~5＞5	4°5°6°	2°3°4°	0°1°2°
Stal średnio twarda (σb=400-500MPa) Mosiądz twardy (σb=350-500MPa) Twardy brąz (σb=350-500MPa)	＜11~5＞5	5°6°8°	2°3°5°	0°1°3°
Stal twarda (σb＞550 MPa)	＜11~5＞5	7°9°12°	4°5°7°	2°3°6°
Stal AIT Stal elektryczna XH78T (CrNi78Ti)	＜11~5＞5	1°4°5°	1°4°5°	1°4°5°
Duraluminium LY12	＜22~5＞5	2°4°6°30'	3°6°10°	4°30'8°30'14°
Super twarde aluminium LC4	＜22~5＞5	2°30'4°7°	5 ° 8 ° 12 °	8°11°30'19°

• Popraw sprężystość podczas zginania. Wartość sprężystości poprawki na zginanie można obliczyć ze wzoru otrzymanego z badania, symbol przedstawiono na Rys. 1-8, a wzór przedstawiono w Tablicy 1-3.

Materiały	Kąt gięcia β	Kąt gięcia β	Kąt gięcia β	Kąt gięcia β
	30°	60°	90°	120°
08、10、Q195	∆β = 0,75 r/t – 0,39	∆β =0,58 r/t – 0,80	∆β = 0,43 r/t – 0,61	∆β = 0,36 r/t – 1,26
15、20、Q215、Q235	∆β = 0,69 r/t – 0,23	∆β = 0,64 r/t – 0,65	∆β = 0,43 r/t – 0,36	∆β = 0,37 r/t – 0,58
25、30、Q255	∆β =1,59 r/t – 1,03	∆β = 0,95 r/t – 0,94	∆β = 0,78 r/t – 0,79	∆β = 0,46 r/t – 1,36
35、Q275	∆β =1,51 r/t – 1,48	∆β = 0,84 r/t – 0,76	∆β = 0,79 r/t – 1,62	∆β =0,51 r/t – 1,71

4. środki kontroli odbicia

Podczas projektowania formy należy zminimalizować sprężystość. Powszechnymi metodami są metoda kompensacji i metoda korekcji.

• Metoda kompensacyjna. Metoda kompensacji polega na wcześniejszym oszacowaniu lub przetestowaniu sprężystości po wygięciu przedmiotu obrabianego. Przy projektowaniu formy odkształcenie giętego przedmiotu przekracza pierwotne odkształcenie projektowe, a kształt przedmiotu obrabianego uzyskuje się po sprężystości. Rys. 1-9 (a) przedstawia kompensację sprężystości pojedynczego kąta. Zgodnie z wyznaczonym kątem sprężystości, projektując stempel i matryce wklęsłe, zmniejsz kąt matrycy w celu kompensacji. 

W przypadku pokazanym na rys. 1-9 (b) można podjąć dwa środki: po pierwsze, stempel jest pochylony do wewnątrz, tworząc kąt kompensacyjny ∆θ; Drugi polega na tym, aby jednostronny luz wypukłej i wklęsłej matrycy był mniejszy niż grubość materiału, stempel zostanie wciśnięty we wklęsłą matrycę, użycie półfabrykatu na zewnątrz i siła tarcia wklęsłej matrycy po obu stronach półfabrykatu są do wewnątrz przymocowany do stempla, tak aby uzyskać kompensację odbicia. 

Metoda kompensacji pokazana na rys. 1-9 (c) polega na uformowaniu łuku kołowego zginającego się na spodzie przedmiotu obrabianego. Po oddzieleniu matrycy wypukłej i wklęsłej, część przedmiotu w kształcie łuku kołowego ma tendencję do sprężystości jako linii prostej, która powoduje przechylanie się obu stron płyty do wewnątrz, dzięki czemu sprężystość jest skompensowana.

• Metoda korekty. Metoda korekcji polega na wykonaniu pomiarów w strukturze formy, tak aby właściwe ciśnienie było skoncentrowane w narożniku, co powoduje pewne odkształcenie plastyczne w celu przezwyciężenia odbicia. Rys. 1-10 pokazuje, że siła korekcji zginania jest skoncentrowana na zakrzywionym zaokrągleniu.

Przesunięcie

W procesie gięcia blachy boki przesuwają się wzdłuż długości przedmiotu obrabianego poprzez nierównomierne opory na wklęsłym zaokrągleniu matrycy, co powoduje, że wysokość prostej krawędzi przedmiotu obrabianego nie spełnia wymagań rysunku, zjawisko to nazywa się migracją.

1. Powoduje z odchylenie

• Kształt półfabrykatu nie jest symetryczny, jak pokazano na rys. 1-11 (a) i (b).
• Struktura przedmiotu jest asymetryczna, jak pokazano na rys. 1-11 (c).
• Kąty po obu stronach matrycy nie są symetryczne, jak pokazano na rys. 1-11 (d).
• wypukłe i wklęsłe rogi matrycy zaokrąglone rogi, asymetria szczeliny, aby opór nie był równy.

2. Środki do kontrola ten kodowanie

• Zastosowanie urządzenia do prasowania. Półfabrykat jest stopniowo wyginany i formowany w stanie prasowania, aby zapobiec ślizganiu się półfabrykatu i można uzyskać stosunkowo gładki przedmiot obrabiany, jak pokazano na rys. 1-12.

• Zginanie po ustawieniu. Płytka pozycjonująca powinna być odpowiednio zaprojektowana do pozycjonowania kształtu, jak pokazano na Rys. 1-13 (a), lub kołek pozycjonujący powinien być włożony w otwór, korzystając z otworu w półfabrykacie lub otworu w procesie projektowania. W przypadku niektórych części do gięcia otwór procesowy i płyta dociskowa mogą być używane razem, jak pokazano na Rys. 1-13 (b). Dzięki umiejscowieniu daszka i kołka ustalającego można zapobiec ugięciu półwyrobu podczas gięcia. Efektem odwrotnego docisku jest zrównoważenie poziomej siły bocznej generowanej przez lewe zginanie.

• bkończący się w pary. Części do gięcia asymetrycznego są łączone w części do gięcia symetrycznego, a następnie cięte, tak aby materiał arkusza poddawany gięciu był jednorodny, aby zapobiec powstawaniu przesunięć.
• Dokładny forma produkcja. Szczelina jest regulowana symetrycznie, aby opór rozkładał się symetrycznie, aby zapobiec powstawaniu przesunięcia.