Download pdf - Predavanje 4 OMD

S. Aleksandrović – Proizvodne tehnologije

48

4. SAVIJANJE (Bending) Savijanje spada u grupu postupaka tehnologije plastičnog deformisanja koji se najčešće primenjuju. Omogućava izradu širokog asortimana proizvoda, sa dimenzijama od delova milimetra pa do nekoliko metara. Delovi složenih geometrija izrađuju se u više operacija. Karakteristika procesa savijanja je, u većini slučajeva, lokalno plastično deformisanje. Deformisana zona tada obuhvata manji deo zapremine komada, mada ima postupaka gde se deformiše kompletna zapremina (kružno savijanje na pr.). Savijanje se primenuje kako u serijskoj tako i u pojedinačnoj proizvodnji. Polazni materijal (polufabrikat) je najčešće lim u vidu trake ili table, ali to može da bude žica, pun profil, cev. Debljina limova za savijanje kreće se od stotih delova milimetra pa do nekoliko desetina milimetara. Osnovni postupci savijanja su: 1. savijanje pomoću alata na univerzalnim presama (ugaono savijanje), 2. profilno savijanje na specijalnim („abkant”) presama, 3. kružno savijanje, 4. profilno savijanje pomoću valjaka, 5. savijanje cevi, 6. savijanje delova manjih dimenzija (od traka i žice) na specijalnim mašinama. 4.1 Ugaono savijanje Izvodi se najčešće u alatima postavljenim na univerzalne prese (ekscentarske, kolenaste, hidraulične itd.) ili na specijalnim presama. S obzirom na oblik i broj mesta savijanja može biti: jedno − dvo i višeugaono (sl. 4.1). Za jednougaono savijanje često se koristi termin V savijanje ( sl. 4.1 i 4.2) ; za dvougaono U ili C savijanje ( sl. 4.1 i 4.3), a u primeni je i termin Z savijanje (sl. 4.1). Jasno je da se ostvaruju i najrazličitije kombinacije ovih osnovnih oblika.

Sl. 4.1 Različiti prikazi ugaonog savijanja


49

Sl. 4.2 Faze procesa jednougaonog savijanja u zatvorenom alatu

Sl. 4.3 Faze procesa dvougaonog savijanja (slobodno−levo i sa držačem−desno)


50

Sl. 4.4 Slobodno jednougaono savijanje

Sl. 4.5 Jednougaono savijanje sa obrtnim pritiskivačem

Sl. 4.6 Jednougaono savijanje na primeru tzv. presavijanja


51

Sl. 4.7 Primer alata za polukružno savijanje

Sl. 4.8 Primer složenog alata za ugaono savijanje sa 4 savijene zone

Alati (sl. 4.7 i 4.8) su po koncepciji slični alatima za prosecanje i probijanje. Razlika je u radnim elementima, ovde su to pritiskivač (savijač, oblikač) i matrica (kalup) za savijanje. Fizički izgled savijenih komada dat je na sl. 4.9, 4.10 i 4.11.


52

Sl. 4.9 Fotografije delova dobijenih ugaonim savijanjem (a)

Sl. 4.10 Fotografije delova dobijenih ugaonim savijanjem (b)

Sl. 4.11 Fotografije delova dobijenih ugaonim savijanjem (c)


53

4.1.1 Naponi i deformacije Pri savijanju se ostvaruju plastične i elastične deformacije, pri čemu se teži da udeo elastičnih deformacija bude što manji. Odgovarajući uzdužni naponi imaju različit karakter sa svake strane lima. U spoljašnjoj zoni lima (prema radijusu rs na sl. 4.12 i 4.13) vladaju zatežući naponi od kojih zavise granične deformacije (prekoračenjem maksimalno dozvoljenih zatežućih napona dolazi do razaranja). U unutrašnjoj zoni vladaju pritisni naponi. U skladu sa naponima, slojevi materijala se u spoljašnjoj zoni izdužuju, a u unutrašnjoj skraćuju. Geometrija savijene zone se opisuje sa parametrima prikazanim na sl. 4.12 i 4.13. To su radijusi ru − unutrašnji, rs − spoljašnji, rn − radijus neutralne ose, α − ugao savijanja i φ − ugao savijene zone.

sl. 4.12 Delovanje uzdužnih napona pri jednougaonom savijanju

s

ru

rn

rs

α

ϕ Sl. 4.13 Parametri u savijenoj zoni

φo = 180 − αo αo = 180 − φo α− ugao savijanja φ− ugao savijene zone


54

−

+

K0

K1

Raspodela uzdužnih napona po debljini lima se obično pojednostavljuje (sl. 4.14) tako što se zanemaruju mali iznosi deformacija i deformaciono ojačanje, a takođe vrši linearizacija promene napona tečenja.

d) Sl. 4.14 a) čisto elastično savijanje; b) elastično−plastično savijanje bez deformacionog ojačanja; c) čisto plastično savijanje bez ojačanja; d) čisto plastično savijanje sa nelinearnim ojačanjem

4.1.2 Neutralna osa i razvijeno stanje S obzirom na prethodno pomenutu prirodu uzdužnih napona koji deluju u savijenoj zoni i na ostvarene deformacije (izduženje vlakana u spoljašnjoj zoni i njihovo skraćenje u unutrašnjoj) moguće je zaključiti da na jednom mestu po debljini lima postoji sloj materijala koji se nije ni izdužio ni skratio, iako je promenio oblik (od ravnog u lučni). Taj sloj se naziva neutralni sloj. Kod komada dovoljne širine umesto sloja, dovoljno je da se u reprezentativnom preseku definiše neutralna osa, linija koja ne menja svoju dužinu tokom savijanja (sl. 4.12 i 4.13). Poznavanje položaja i nalaženje dužine neutralne ose je važno zbog definisanja početnih dimenzija komada pre savijanja (tzv. razvijenog stanja). Poluprečnik neutralne ose zavisi od odnosa ru/s (sl. 4.13) i određuje se prema izrazu:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⋅+=

srfx;sxrr u

un

x − faktor pomeranja neutralne ose (empirijski podatak koji se bira iz preporuka)

s3,0rr3,0x;1,0

sr

za

2srr5,0x;10

sr

za

unu

unu

⋅+=⇒==

+=⇒=≥


55

Za opšti slučaj savijanja početna dužina komada (L) jednaka je zbiru dužina nesavijenih delova van zona savijanja i dužina lukova neutralne ose u zonama savijanja. Određuje se prema izrazu:

( ) [ ]oi

k

1iiuii

n

1iiSAVNESAV ,;sxr

180lLLL ϕ⋅+ϕ

π+=+= ∑∑

==

li − dužine ravnih (nesavijenih)delova komada, n − ukupan broj nesavijenih delova, k − ukupan broj zona savijanja

Sl. 4.15 Savijen komad i razvijeno stanje (dužina L=174,2 mm) 4.1.3 Momenti savijanja Pri savijanju razlikujemo momente spoljašnjih sila (deformaciona sila, sile otpora, sile trenja itd.) i tzv. momente unutrašnjih sila, definisane na osnovu naponskog stanja. Iz jednakosti ovih momenata definiše se potrebna deformaciona sila. Zavisno od veličine uzdužnih napona po debljini lima postoje dva tipa savijanja: čisto plastično i elastično plastično. Kriterijum za definisanje je vrednost odnosa ru/s prema sledećem:

Nmm,4sbRM;5

srZa)b

Nmm,4sbnRM;5

srZa)a

2

Pu

2

Mu

⋅⋅=>

⋅⋅⋅=≤

σ

σ

n=1,6-1,8 faktor ojačanja; b – širina savijenog komada Izjednačavanjem momenta unutrašnjih sila Mσ i momenta spoljašnjih sila M određuju se sile savijanja F:

FMM ⇒=σ

→ čisto plastično savijanje → elastično−plastično savijanje


56

4.1.4 Minimalni i maksimalni radijus savijanja U velikom broju slučajeva teži se savijanju sa malim unutrašnjim radijusom ru čime se, pored ostalog, poboljšava krutost komada. Međutim, smanjivanje radijusa dovodi do povećanja nepovoljnih zatežućih napona u spoljašnjoj zoni komada (na pr. sl. 4.13) sve do granične vrednosti radijusa iza koje dolazi do loma na komadu. Ta granična vrednost se naziva najmanji (minimalni) radijus savijanja i definiše prema izrazu:

mm,scrminu ⋅=

Faktor c zavisi od vrste materijala, stanja materijala i položaja komada u odnosu na pravac valjanja polufabrikata. Povećavanjem unutrašnjeg radijusa ru smanjuje se stepen deformisanja pri savijanju i povećava udeo elastičnih deformacija sve do granične vrednosti ru iza koje uopšte i nema plastične deformacije. Ta druga dozvoljena ekstremna vrednost radijusa savijanja određuje se prema izrazu:

Pu R2

sErmax

⋅= , gde je E – modul elastičnosti, s- debljina materijala, RP- granica tečenja.

4.1.5 Elastična povratnost Ukupnu deformaciju pri savijanju gotovo uvek čini, pored plastičnog, i elastični deo (posebno oko neutralnog sloja). Po oslobađanju savijenog dela iz alata elastične deformacije nestaju, što rezultira povećanjem ugla savijanja (sl. 4.16). Pojava je štetna i kompenzuje se raznim merama, kao što je izrada alata sa manjim uglom savijanja, kako bi komad posle elastičnog vraćanja imao zahtevane dimenzije.

Sl. 4.16 Elastična povratnost pri savijanju

Veličina ugla Δα zavisi od vrste materijala i stepena deformisanja pri savijanju. Postoje razni izrazi za određivanje Δα (o), a kao primer dat je sledeći empirijski izraz, koji važi za lim od ugljeničnog čelika Č0260:

61,0sr

43,0 u −=αΔ , o


57

4.1.6 Momenti spoljnih sila i sile savijanja 4.1.6.1 Dvougaono savijanje Na sl. 4.17 data je shema leve polovine simetričnog komada koji se dobija dvougaonim savijanjem i trougao sila.

rM

Fs

ϕ

ϕ

ϕFs

2

R

rP B1

B2

A

s

f

FD

2l

Sl. 4.17 Dejstvo sila pri dvougaonom savijanju

Deformaciona sila savijanja FS može da se odredi preko izraza:

( )ϕ+= sin1lM2FS

Moment spoljašnjih sila M uvek je jednak momentu unutrašnjih sila i određuje se prema izrazima u pogl. 4.1.3. Veličina l naziva se krak savijanja i predstavlja zbir radijusa matrice rM, radijusa pritiskivača rP i debljine lima s:

srrl PM ++= . Prethodni izraz, egzaktno posmatrano, važi samo za ugao φ od 90o, ali se u praksi sa manjom greškom koristi i za druge uglove dvougaonog savijanja. Ako postoji dejstvo držača, sila FS se povećava za intenzitet sile držanja. U slučaju postojanja završnog poravnavanja (kalibrisanja) na ravnoj površini dna komada i intenzitet sile kalibrisanja ulazi u ukupan iznos merodavne deformacione sile. Uopšte, sila kalibrisanja je jednaka:

kkk ApF = , gde su pk, Ak – specifični pritisak i površina kalibrisanja.

Fs

R

R

ϕ


58

4.1.6.2 Jednougaono savijanje u zatvorenom alatu Postupnost procesa jednougaonog savijanja u zatvorenom alatu da ta je na sl. 4.2. Raspon između tačaka oslanjanja se smanjuje od l1 do lk. Promena sile savijanja zavisno od hoda pritiskivača data je na sl. 4.18. Vidi se da je završna sila kalibrisanja znatno veća od deformacione sile savijanja. Zato se kao merodavni parametar za izbor mašine uzima sila kalibrisanja.

Sl. 4.18 Zavisnost sile savijanja od hoda pritiskivača

Sl. 4.19 Shema sila pri jednougaonom savijanju u zatvorenom alatu Konačan izraz za silu savijanja je :

2ctg

rM2Fn

ϕ= gde je rn – radijus neutralne ose (pogl. 4.1.2).

Moment M se zamenjuje momentom unutrašnjih sila (pogl. 4.1.3). Prethodni izraz nije povoljan za male (bliske 0) i velike (bliske 180o) uglove savijene zone.


59

Sila kalibrisanja određuje se na potpuno isti način kao kod dvougaonog savijanja. 4. 2 Profilno savijanje na specijalnim presama Ovaj tip savijanja zapravo predstavlja ugaono savijanje komada koji najčešće imaju veliku širinu savijene zone (i više od nekoliko metara) i to na specijalnim tzv. „abkant”(od nem. „abkantpresse”) presama (sl. 4.20).

Sl. 4.20 Izgled prese za profilno savijanje

Pritiskivač je velike dužine, nožastog oblika i, najčešće, izvodi jednougaono savijanje uz pomoć univerzalne matrice (sl. 4.21 i 4.22). Međutim, oblikovanje je uglavnom višeoperaciono (više jednougaonih savijanja uz zamenu alata, sl. 4.23) tako da se dobijaju i vrlo složeni profili. Na sl. 4.24 prikazano je profilno savijanje sa dve operacije dvougaonog savijanja. Na sl. 4.25 dat je izgled pojedinih gotovih profila .

Sl. 4.21 Alat na presi za profilno savijanje u zahvatu (detalj)


60

Sl. 4.22 Alat na presi za profilno savijanje u zahvatu (detalj)

Sl. 4.23 Profilno savijanje složenog komada po operacijama


61

Sl. 4.24 Profilno savijanje sa alatom za dvougaono savijanje

Sl. 4.25 Izgled pojedinih gotovih profila

4.3 Kružno savijanje Izvodi se na specijalnim mašinama sa 3 ili 4 valjka (sl. 4.26, 4.27, 4.28 i 4.29).

Sl. 4.26 Mašina sa kružno savijanje sa tri valjka


62

Sl. 4.27 Mašina za savijanje sa valjcima u radu




63

Savijaju se limovi manjih i većih debljina. Regulacija prečnika komada, odnosno radijusa savijanja izvodi se promenom rastojanja između gornjeg i donjih valjaka h (sl. 4.30). Preporučena vrednost za rastojanje između valjaka iznosi L=(1,1 − 1,3)Dg , a prečnik donjih valjaka Dd=(0,8 − 0,9)Dg. Sila na gornjem valjku (sl. 4.30), koja predstavlja deformacionu silu savijanja dobija se na osnovu sledećeg izraza:

( )2

ctgE3

sDRssDbRF 2

2S

2P2

S

PS

ϕ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −−

−⋅

= , gde je b − širina komada;

−spoljašnji prečnik komada DS=2R+s; Rp − granica tečenja; E− modul elastičnosti.

Prethodni izraz za silu savijanja izveden je s obzirom da su pri kružnom savijanju na valjcima plastične deformacije relativno male, a elastično ispravljanje ima značajan uticaj (koristi se izraz za moment unutrašnjih sila pri elastično−plastičnom savijanju).

Sl. 4.30 Shema kružnog savijanja na valjcima

Ugao koji definiše položaj donjih valjaka (φ) određuje se iz geometrijskih odnosa:

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++

=ϕ

2D

2sR2

L2

sind

Kod kružnog savijanja često se zahtevaju veliki prečnici komada pa je potrebno uporediti vrednost željenog poluprečnika sa graničnom vrednošću maksimalog radijusa (pogl. 4.1.4).


64

4.3.1 Kružno savijanje profila na valjcima Pored savijanja limova i pločastih materijala, vrlo često je potrebno kružnim savijanjem oblikovati profile (najčešće valjane) različitih preseka (sl. 4.31 i 4.32). Princip oblikovanja potpuno odgovara kružnom savijanju na valjcima. Mašine su veoma slične, s tom razlikom što su valjci manje dužine, a mašine kompaktnije (sl. 4.33 i 4.34). Na sličnim mašinama sa profilisanim valjcima dobijaju se profilni delovi od lima (sl. 4.35 i 4.36).

Sl. 4.31 Savijeni valjani profili velikih dimenzija

Sl. 4.32 Savijeni profili

Kod ovakvog savijanja deformisanje se prostire na celu zapreminu komada, što za oblikovanje savijanjem nije tipično. Debljina lima (ili profila) može dostizati i nekoliko desetina milimetara. Pripremno savijanje krajeva komada se posebno izvodi na istim mašinama.


65

Sl. 4.33 Savijanje valjanih profila na mašini sa tri vertikalna valjka

Sl. 4.34 Savijanje profila na mašini sa tri horizontalna valjka

Maksimalni radijus savijanja je ograničen elastičnim osobinama materijala (pogl. 4.1.4), a minimalni, radijusom srednjeg valjka, dimenzijama poprečnog preseka profila i vrstom materijala.


66

Sl. 4.35 Mašine za savijanje profila na valjcima (za manje veličine komada)

Sl. 4.36 Savijanje obruča iz trake lima

Sl. 4.37 Primeri savijenih komada manjih dimenzija


67

4.4 Profilno savijanje limova pomoću valjaka Masovna proizvodnja limenih profila veće dužine i talasastih limova izvodi se na mašinama za profilisanje limova pomoću valjaka. One mogu imati i više od 20 radnih pozicija sa odgovarajućim valjcima u zahvatu (sl. 4.38). Iako traka kontinualno ide (sl. 4.39) (često brzinom i preko 3 m/s) oblikovanje je postupno, višeoperaciono, sa relativno malim uglom savijene zone u jednoj operaciji (sl. 4.40a). To omogućava dobijanje veoma složenih profila od lima (sl. 4.40b). Izvode se i dopunske operacije (odsecanje itd.)

Sl. 4.38 Primer nekoliko pozicija na mašini za profilisanje lima valjcima

Sl. 4.39 Shema profilisanja lima na valjcima


68

a)

Sl. 4.40 Postupnost oblikovanja (a) i primeri profila (b) pri profilisanju limova na valjcima

4.5 Savijanje cevi Savijanje i druga oblikovanja cevi kružnog preseka i drugih šupljih profila, zahtevaju primenu posebnih alata i mašina (sl. 4.41, 4.42, 4.43, 4.44 i 4.45) da bi se sprečila ili u dovoljnoj meri kompenzovala pojava nekontrolisanog deformisanja u savijenoj zoni. Defekti se odnose na dobijanje spljoštenog profila, pojavu nabora u zoni unutrašnjeg radijusa, lom u spoljašnjoj zoni itd. Uspešno savijena cev podrazumeva savijanje u jednoj ili više savijenih zona sa očuvanim dimenzijama otvora i stanjenjem zida komada ispod kritičnog iznosa. Sklonost ka pojavi defekata je veća kod tankozidnih cevi. Ako je debljina zida cevi dovoljno velika nije potrebno preduzimati bilo kakve mere, cev se savija kao puni profil. Najstariji način (i danas se koristi u pojedinačnoj proizvodnji) za sprečavanje defekata pri savijanju cevi, se sastoji u punjenju šupljine cevi deformabilnom materijom i zatvaranju krajeva. Materija treba da je takvih osobina da može bez većih problema da pouzdano ostane u cevi tokom oblikovanja, kao i da se zatim lako izbaci van. Pokazalo se da je pesak najpogodniji za ovu namenu, ali se koristi guma i slični sintetički materijali.

b)


69

U industrijskoj praksi pri većim serijama cevi se ispunjavaju fleksibilnim jezgrima (sl. 4.41 d) ili šipkom sa zaobljenim krajem (radijus odgovara radijusu savijanja). Po završenom savijanju jezgro se izvlači. Na sl. 4.41 prikazana su tri najčešće korišćena principa kod savijanja cevi. Pod a) je savijanje oko nepokretnog profilisanog bloka pri čemu se preko držača deluje na oba kraja cevi. Postupak se ređe primenjuje. Pod b) je šema tzv. rotacionog savijanja cevi koje ima najširu primenu. Centralnu poziciju ima rotirajući profilisani blok koji je vezan za pogonski sistem mašine (najčešće hidraulični) i koji ostvaruje aktivni moment savijanja. Donji držač cevi je nepokretan, a gornji rotira zajedno sa centralnim blokom. Oblikovanje je vrlo efkasno, a proces je pogodan za kompjuterizovano upravljanje. Mašine su kompaktne i produktivne (sl. 4.42, 4.43, 4.44 i 4.45).

Sl. 4.41 Metode savijanja cevi Pod c) je sličan princip, ali je centralni blok nepokretan. Savijanje izvodi gornji držač.

Sl. 4.42 Jednostavan hidraulični uređaj za savijanje cevi po metodi b) sa sl. 4.41


70

Sl. 4.43 Industrijska mašina za rotaciono savijanje cevi

Sl. 4.44 Primer kompaktne mašine za rotaciono savijanje sa upravljačkom jedinicom


71

Sl. 4.45 Primer mašine za rotaciono savijanje u radu

Savijanje cevi je moguće izvoditi i u alatima. Ako se ostvari pritisno naponsko stanje aksijalnim sabijanjem krajeva, uz ispunjavanje cevi fluidom ili drugim deformabilnim materijalom, moguće je postići velike promene oblika i velike stepene deformisanja bez defekata (sl. 4.46).

Sl. 4.46 Savijanje cevi sa oštrim uglovima primenom aksijalnog sabijanja u alatu


72

4.6 Savijanje delova manjih dimenzija na specijalnim mašinama Sitni delovi od žice i užih traka (sl. 4.47-a, b, c, d.) izrađuju se na specijalnim automatskim mašinama koje imaju više radnih pozicija. Postupak oblikovanja je višeoperacioni, a radni komad se dobija uzastopnim delovanjem alata koji su postavljeni radijalno (zvezdasto) u odnosu na centralnu zonu mašine (sl. 4.48). Proizvodnost ovakvih mašina je veoma velika (i do 300 kom/min).

a)

b)

Sl. 4.47 Primeri sitnih delova dobijenih oblikovanjem na automatskim mašinama


73

c)

d)

Sl. 4.47 Primeri sitnih delova dobijenih oblikovanjem na automatskim mašinama


74

Sl. 4.48 Višepozicioni automat za oblikovanje sitnih delova

Ovakvi delovi mogu da se izrađuju i na univerzalnim jednopozicionim presama. U tom slučaju, alati su koračni višepozicioni. Gotov komad se dobija posle toliko hodova pritiskivača prese koliko ima radnih pozicija u alatu.