7. Technologie plošného tváření – ohýbání

7.1. Deformace průřezu, neutrální osa
7.2. Odpružení
7.3. Rozložení napětí
7.4. Výpočet síly a práce


7.4.1. Ohyb do tvaru „V“
7.4.2. Ohyb do tvaru „U“

7.5. Ostatní technologické problémy ohýbání
7.6. Technologické postupy ohýbání

7.6.1. Rozdělení technologických postupů podle stroje
7.6.2. Rozdělení technolog. postupů podle poloměru zakřivení
7.6.3. Rozdělení podle technologického způsobu výroby

7.7. Ohýbací nástroje

7. technologie plošného tváření - Ohýbání

  Ohýbání je proces tváření, při kterém je materiál trvale deformován do různého úhlu ohybu s menším nebo větším zaoblením hran. K ohýbání používáme nástroje - ohýbadla, skládající se z ohybníku a ohybnice. Výrobkem je výlisek ohybek. Ohnutí tělesa (vzniklé tvary jsou nazpět rozvinutelné) do žádoucího tvaru využívá stejných zákonů plasticity, jako ostatní způsoby tváření - překročením meze kluzu dosáhneme oblasti plastické deformace. Plastická deformace je doprovázena deformací elastickou. Po průřezu je to pružně plastická deformace, která má různý průběh od povrchu materiálu k neutrální ose.

Rozložení a velikost napětí v materiálu

7.1. deformace průřezu, neutrální osa

  Kolem střední části průřezu ohýbaného materiálu jsou tahová napětí malá a dosahují hodnot nižších, než je mez kluzu daného materiálu. V přechodu mezi těmito dvěma pásmy jsou vlákna bez napětí a bez deformace. Jejich spojnice tvoří tzv. neutrální osu, ve které není napětí a která se při ohýbání ani neprodlouží ani nezkrátí. Neutrální osa je na začátku uprostřed průřezu, při ohybu se posouvá směrem k vnitřní straně ohybu. Není tedy totožná s osou těžiště  ohýbaného materiálu.

Deformace průřezu během ohýbání pro rozdílné výšky a profily

Posunutí neutrální osy v místě ohybu

Hodnoty součinitele x

  Z délky neutrální osy v ohýbaných částech a z délek rovných úseků se určuje rozvinutá délka polotovaru před ohybem. U tenkých plechů není tento rozdíl patrný, ale při ohýbání tlustých plechů se však s tímto musí počítat. Vzdálenost x, která charakterizuje polohu neutrální osy, závisí na poměru R/t – viz. tabulka, a poloměr ohybu neutrální osy je potom

r= R + x . t

kde           R … vnitřní poloměr ohybu [mm],
                x … součinitel posunutí neutrální osy,
                t … tloušťka materiálu [mm].

7.2. Odpružení

Odpružení materiálu pro ohyb tvaru V a U

Hodnoty úhlu odpružení pro vybrané materiály

Odpružení se většinou omezuje tak, že:

• materiál se ohne více o hodnotu úhlu odpružení g, který se určí buď podle empirických vzorců nebo z tabulek. Nástroj se musí navrhnout s korekcí o úhel g, má-li mít výlisek požadovaný tvar,
• použije se kalibrace, tj. zvětšíme lisovací sílu na konci lisovacího cyklu, dochází k místní plastické deformaci v místě ohybu a hodnota odpružení se snižuje, až případně vymizí úplně;

  
  Průběh ohýbací síly včetně kalibrace

   

• použije se prolisů na výlisku, kdy se  odpružení odstraní téměř úplně. Odpružení při ohybu je možné vyloučit např. těmito opatřeními: podbroušením pohyblivé čelisti o úhel g , zaoblením dolní strany pohyblivé čelisti a přidržovače poloměrem R, zpevněním materiálu v rozích rázem, vylisováním vyztužovacího žebra v místech ohybu, postupným ohýbáním s odlehčením pevné čelisti o tloušťku materiálu a zpevněním materiálu deformačním poloměrem v pevných čelistech.

  
  Konstrukční úpravy čelistí ohýbadel proti odpružení materiálu

7.3. rozložení napětí

Rozložení napětí v příčném průřezu při ohybu materiálu

V místě ohybu vykazuje tedy ohýbaný materiál tři pásma (napjatost v ohýbaném materiálu  pro tenký plech je ukázána na obrázku:

• pásmo pružných deformací kolem neutrální osy,
• vnější pásmo trvalého prodloužení,
• vnitřní pásmo trvalého napěchování

Napjatost a deformace v ohýbaném materiálu

7.4. výpočet síly a práce

7.4.1. Ohyb do tvaru „V“

Pro ohyb do tvaru V se síla a práce vypočte následujícím způsobem:

Ohyb do tvaru V

Ohýbaný výrobek se považuje za nosník o dvou podporách zatížený silou uprostřed obou podpor. Potom

M_o = s_o . W_o = F_o . l / 4 = b . t² . s_o / 4      Þ        F_o

kde      F          … ohýbací síla (pro kalibraci F_c = 2 . F) [N],
            b          … šířka polotovaru [mm],
            l           … vzdálenost podpěr [mm], 
            t           … tloušťka polotovaru [mm],
            s_o        … ohybové napětí (s_o = R_m . C) [MPa],
            W_o       … průřezový modul v ohybu [mm³],
            C         … součinitel zpevnění (C = 1 + 4 . s / l),
            R_m       … mez pevnosti [MPa].

A = F_o . k₁ . h

Obdobně se dá ohýbací síla vypočítat jako:

M_o = s_o . W_o = F_o . l / 4 = W_o . R_m . (1,3 + 0,8 . e)           Þ        F_o

a tuto sílu je potřeba zvětšit o celkové tření pracovních částí ohýbadla a ohýbané součástky, které se rovná 1/3 F_o (F = F_o + 1/3 F_o). Když budeme uvažovat současně i kalibrování je potřeba ještě připočítat sílu

F_k = S . q

Celková síla je potom rovna (ale např. při speciální úpravě ohybníku proti odpružení celková síla vzroste o dalších 25 %).

F = 1,3 F_o + F_k

7.4.2. Ohyb do tvaru „U“

Pro ohyb do tvaru U se síla a práce vypočte následujícím způsobem (ohyb probíhá současně ve dvou průřezech):

Ohyb do tvaru U

M = 2 . M_o = s_o . W_o = b . t² . s_o / 2           Þ        F_o

kde      F          … ohýbací síla (pro kalibraci F_c = F + F_p) [N],
            F_p        … síla přidržovače (F_p = 0,25 až 0,30 F) [N],
            b          … šířka polotovaru [mm],
            t           … tloušťka polotovaru [mm],
            s_o        … ohybové napětí (s_o = R_m . C) [MPa],
            C         … součinitel zpevnění (C = 1,6 až 1,8),
            R_m       … mez pevnosti [MPa].

A = F . k₂ . h 

kde      F          … ohýbací síla (pro kalibraci F_c = F + F_p) [N],
            h          … zdvih (koncová poloha) [m],
            k₂         … koeficient průběhu F (k₂ = 2/3).   

7.5. ostatní Technologické problémy ohýbání

  Praskání materiálu (vznik trhlin na vnější straně) nastane v okamžiku, kdy dojde k překročení kritické hodnoty poloměru ohybu R/t, což může být způsobeno jednak zpevněním materiálu, jednak stavem materiálu (žíhaný, tvářený za studena, apod.) a jednak průběhem vláken. Osa ohybu by měla být kolmá na směr vláken materiálu (odpružení je ale větší) nebo minimálně pod úhlem 30^o. U dvojitého ohybu mají být vlákna materiálu k ose ohybu v úhlu kolem 45^o. U stříhaných polotovarů musí být otřep na vnitřní straně ohybu nebo je nutné ho odstranit broušením.

Vliv vláken na ohýbání

  Při návrhu ohýbaných dílů je nutné respektovat požadavky na hodnoty poloměrů ohybu. Poloměr ohybu musí být alespoň takový, aby se v krajních vláknech vůbec překročila hodnota meze kluzu, jinak by nedošlo k plastické deformaci. Poloměr nesmí však být ani příliš malý, aby deformace krajních vláken nepřekročila hodnotu tažnosti. Poloměr ohybu se má volit z hlediska odpružení co nejmenší, ale vzhledem k tvárnosti a tloušťce ohýbaného materiálu co největší. Jinak by došlo k destrukci v ohýbaném průřezu.

  Tvoření vln vzniká hlavně u tenkých stěn, čemuž se dá zabránit bočním přitlačováním materiálu k nástroji nebo použitím dodatečné tahové síly při ohýbání.

Zvlnění profilu během ohýbání

7.6. technologické postupy ohýbání

  Ohýbat se dá volně nebo v pevném nástroji. Technologické postupy ohýbání se dají rozdělit podle několika hledisek. Jednak je to podle použitého stroje, jednak podle poloměru zakřivení a jednak podle technologického způsobu.

7.6.1. Rozdělení technologických postupů podle stroje

• ohýbání ruční na ručních strojích, ohýbačkách. Všechny ohýbací operace není vhodné a ani možné dělat na lisu. Pro některé se staví speciální ohýbací stroje, ovládané i ručně. Tak např. pro ohyb dlouhých pruhů a plechů je uzpůsoben stroj s odklopnou deskou podle schématu na obrázku.

  
  Ohýbací stroj s otočnou deskou

  Materiál určený k ohybu se podloží na stůl stroje a urovná na zarážku. Potom se sevře u ohybové hrany. Hrana je na nástroji tvořena vyměnitelnou ocelovou kalenou lištou. Po sevření se materiál ohýbá odklápěním desky v celé délce najednou o libovolný úhel rovněž předem nastavitelný zarážkou. Ke stroji se dodává řada pomocných zařízení.

   

• ohýbání na lisech v ohýbacím nástroji, ohýbadle, kterého pohyblivá čelist vykonává přímočaré vratné pohyby. Toto ohýbání se dělá na mechanických nebo hydraulických lisech, nebo na speciálních strojích, což je závislé na vlastním technologickém procesu. Ohýbadla pro aplikaci na lis se stavějí, v porovnání s ostatními nástroji, dosti jednoduchá, často nemívají ani vlastní vedení. Na obrázku je ukázka konstrukce nástroje pro ohyb přes 90^o. Válcové části nástroje jsou otočné kolem osy válců a do původní polohy je vracejí pružiny. Výrobek se vyjme z nástroje sesunutím z ohybníku, směrem kolmo na rovinu ohybu.

  
  Nástroj pro ohyb přes 90^o

   

• ohýbání na válcích, kdy nástrojem jsou samotné válce, které vykonávají otáčivý pohyb. Příklad ohýbání válcováním je na následujícím obrázku.

  
  Ohýbání válcováním na válcích

   

7.6.2. Rozdělení technologických postupů podle poloměru zakřivení

• ohyb s malým poloměrem za vzniku velké plastické deformace,
• ohyb s velkým poloměrem zakřivení při poměrně malém stupni plastické deformace.

7.6.3. Rozdělení podle technologického způsobu výroby

• „klasické“ ohýbání  - příklady ohýbání byly ukázány již dříve na obrázcích a schématech a navíc je na obrázku ukázáno ohýbání trubek. Ohýbání se provádí odvalováním tvarového kotouče přes trubku vloženou do drážky druhého kotouče. Dvojice kotoučů je výměnná, drážky musí poměrně přesně souhlasit s vnějším průměrem trubek. Zploštění trubek při ohýbání se zabraňuje tím, že trubka v tvarové drážce kotoučů má zabráněno v rozšiřování.

  
  Ohýbání trubek

   

• ohraňovánína lisech, které slouží k výrobě různých profilů tenkostěnných, ale i o tloušťce 20 mm, profilů o malém poloměru zaoblení. Princip se neliší od ohýbání v nástroji na běžném lisu. Rozdíl je v délce nástroje i lisu. Délka je omezena šířkou ohraňovacího lisu.

  
  
  Příklady technologie ohraňování

  Výchozím materiálem jsou pásy plechu. Každá tvářecí operace se provede na jeden zdvih lisu a pro každý tvar profilu se musí na lis upevnit samostatné nástroje. Nástroj je tvořen opět z různých ocelových lišt, které se jednak ke stroji dodávají, jednak speciálně konstruují a vyrábějí. Horní část nástroje může být tvarová. Ohraňovací lis je mechanický, obvykle vícebodový lis, umožňující použití dlouhých lištových nástrojů. Na obou popsaných strojích se ohyb provádí v celé délce materiálu najednou.

• lemování je operace, kdy potřebujeme vyztužit okraj výlisku a nebo připravit polotovar na dodatečně vytvoření spoje. Také slouží k výrobě žlábků uprostřed nebo na okraji pro zvýšení tuhosti výlisku.

  
  Princip technologie a příklady lemování

   

• navíjení je proces, kdy se tvářený materiál navíjí postupně na válec a dostává požadovaný tvar shodný s tvarem nástroje. Nejčastěji se navíjení používá u plechů do svitku.

  
  a – ruční, b – na ohýbačkách, c- navíjení pružin na trn, d - navíjení tyčí, e - navíjení pásu na šablonu

   

• zakružování pomocí válců se používá při výrobě válcových nebo kuželových plášťů nádob, trubek, a to i plechů tlustých 30 mm. Tlustší plechy se potom zakružují za tepla. Stroje pro tento účel se nazývají zakružovací stroje a jejich různé uspořádání ukazuje obrázek. Stroje jsou zakružovadla a jsou buď tříválcová nebo víceválcová a jejich konstrukce je závislá na tloušťce plechu a požadavcích na zakroužení konců plechu. Jedná se o dva stroje tříválcové a jeden čtyřválcový. U každého je šipkou naznačen možný posuv válce, resp. válců. U stroje prvního typu vlevo nahoře, zůstanou okraje nedokroužené (parametr x), u stroje uprostřed jeden okraj. Uspořádání vlevo dole zajišťuje ohyb plechů až do obou krajů.

  
  Uspořádání zakružovaček (vlevo) a detail zakružování kužele (vpravo)
  a – tříválcová symetrická, b – třívalcová nesymetrická, c - čtyřválcová

  Tenké plechy se zakružují na strojích s ocelovým a pryžovým válcem – technologie ohýbání elastickým nástrojem. Poloměr zakružování se mění podle stlačení pryže. Povrchová kvalita výlisků je výrazně lepší, ale je potřeba větší přetvárná práce, neboť část se jí spotřebuje na deformaci pružné části nástroje
   – pryže.

  
  Zakružovadlo s pryžovým válcem

   

• válcování, profilování, stáčení na lisech se provádí v důsledku vytvoření kruhového tvaru na krajích plechu. Jedná se o postupné spojité ohýbání pásů na profilovacích strojích a slouží k výrobě trubek (svařovaných, tenkostěnných) a profilů nebo při stáčení křídel závěsů s využitím svislého pohybu beranu lisu. Při válcování nastává postupná změna tvaru ohýbáním na válcích, které jsou odstupňované rozměrově tak, že v pásu plechu vzniká vodorovný tah a pás se pohybuje samovolně. Rychlost je vysoká, kolem 25 m.min-1.

  
  Výroba tenkostěnných trubek profilováním, stáčením, přeplátováním

  K profilování se mohou používat i jednoduché dvoudílné nástroje, které jsou vyrobeny jako dvojice kotoučů tvarově profilovaných. Na obrázku vlevo je zařízení upravené pro postranní ohyb plechu, na obrázku vpravo pro žlábkování. Postranní ohyb i žlábek je možno provést na okraji rovinného plechu (pásu), i na okraji plechu svinutého do tvaru válcového pláště. Postupným ohýbáním z pásu je možno vyrobit profil libovolné délky, a to i u složitějších profilů.

  
  Příklad a postup výroby profilů

  
  Ohýbání válcováním
  (vlevo – postranní ohyb plechu, vpravo – žlábkování)

  V některých případech je vhodné provádět ohyb postupně, proto se používají válcovací stroje, které budou ohýbat buď podélným nebo příčným válcováním. Častější je příčné válcování. Hlavní způsoby jsou na obrázku.

  
  Způsoby ohýbání válcováním
  a – navíjení, b – zakružování, c – rovnání, d – podélné válcování profilů

   

7.7. Ohýbací nástroje

Ukázka nástrojů pro ohyb do tvaru V (vlevo) a U (vpravo)

.: Jdi na začátek stránky :.