SEMINARSKI RAD - Alati i Naprave - Konstrukcija alata za savijanje (Damir Muminovic).pdf

JU UNIVERZITET U TUZLI MAŠINSKI FAKULTET

Damir Muminović

SEMINARSKI RAD TEMA: ''Konstrukcija alata za savijanje''

Jun, 2013. Godina.

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

SADRŽAJ 1. UVOD 1.1. Alat za savijanje i proces obrade savijanja 2. ODREĐIVANJE RAZVIJENE DUŽINE SAVIJENOG KOMADA 3. RADIJUSI SAVIJANJA 4. IZRAČUNAVANJE POVRATNOG UGLA 5. SILE SAVIJANJA 5.1. Savijanje dvostrukog ugla 5.2. Savijanje jednostrukog ugaonika 5.3. Savijanje ''V'' profila 5.4. Kružno savijanje 6. TIPOVI ALATA ZA SAVIJANJE 7. PRORAČUN 7.1. Razvijena dužina komada 7.2. Radijusi savijanja 7.3. Sila savijanja: 7.4. Proračun elemenata alata za savijanje: 7.5. Izbor standardnih elemenata alata: 8. LITERATURA 9. PRILOZI 9.1. Popis slika 9.2. Popis tabela 9.3. Skračenice

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

1. UVOD 1.1. Alat za savijanje i proces obrade savijanja Obrada savijanjem spada u grupu obrada metala plastičnim deformacijom i danas je veoma zastupljena u metalnoj industriji. Najčešće se za obradu koristi alat koji ima dva osnovna dijela: donji dio koji se naziva kalup, i gornji koji se naziva tiskač. Ova dva elementa omogućavaju savijanje materijala na zadati oblik. Savijanje se uspiješno može kombinovatisa ostalim obradama deformacijom (prosijecanje, probijanje, izvlačenje), a u kombinaciji sa zavarivanjem se koristi za izradu kotlova, balona, cijevi i sudova pod pritiskom. Obrada savijanjem se izvodi: - alatima na presama; - valjcima na rotacionim mašinama za savijanje; - posebnim uređajima na specijalnim mašinama za savijanje. Alatima na presama savijaju se elementi na manje radijuse. Valjcima na rotacionim mašinama za savijanje, savijaju se radni komadi na veće radijuse. Posebnim uređajima na specijalnim mašinama za savijanje se izrađuju predmeti posebnog oblika. Proces savijanja se može objasniti promatranjem radnog predmeta pravokutnog poprečnog presjeka širine b, debljine s i dužine l. Neka je ovaj radni predmet opterećen vanjskim momentima M, uslijed čega se savija. Da bi se uočile deformacije, izdvojit ćemo iz radnog predmeta element dužine x, koji se nalazi na odstojanju x od lijevog oslonca. Presjeci AB i A’B’ će ostati u ravni i nakon opterećenja, samo će se zaokrenuti za neki ugao φ. Odmah se može uočiti da će se gornja vlakna A-A’ skratiti, a donja B-B’ izdužiti. Negdje između ovih vlakana mora postojati vlakno koje se neće mijenjati i to vlakno se naziva, neutralno vlakno i čini neutralnu površinu. Prema tome, vlakna iznad neutralnih opterećenja su na pritisak, a vlakna ispod neutralnih opterećenja su na istezanje. Neutralno vlakno ostaje nepromjenjeno, te je: nn=x’ = ρ n φ Apsolutna i relativna deformacija bilo kojeg vlakna može se odrediti na sl. način: Posmatraćemo neko vlakno C-C’ na rastojanju z, od centralne linije n-n. Pošto se to vlakno nalazi u zoni istezanja, ono će se izdužiti za veličinu apsolutnog izduženja: C’D = CC’ – CD = Δx’ = z φ Relativno izduženje (deformacije):

=

l

l



0

x , z ,  n x,

odnosno



l  l 0 CC ,  CD      n     l0 CD n 

te se na kraju dobiva izraz:



  n . n

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

Redukcija se vrši na osnovu debljine materijala s, pa je onda:

r 

n s

Zbog toga se problem savijanja tretira na dva načina: - Savijanje u elastično-plastičnom području; - Čisto plastično savijanje. Savijanje u elastično-plastičnom području spada u problem linearnog naponskog stanja. Do ovakvog savijanja dolazi u slučaju da su stvarni naponi, koji se javljaju u materijalu, u intervalu od nula do vrijednosti na granici čvrstoće materijala, redukovani poluprečnik krive se kreće u granicama 5   r  200 .

Mogu nastupiti tri slučaja: - Poprečni presijek nosača do određene visine z 0 , je optrećen elastično, a iznad te visine do spoljnih vlakana plastično (slika.6.3.a.); - Nosač je po čitavom presjeku opterećen elastično, s tim da maksimalna vrijednost napona ne prelazi napon na granici razvlačenja  0, 2 (slika.6.3.b.); - Napon je po cijelom presijeku konstantan i jednak je naponu na granici razvlačenja  0, 2 (slika.6.3.c.).

Slika 01. Naponi kod savijanja u elastično - plastičnom području.

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

2. ODREĐIVANJE RAZVIJENE DUŽINE SAVIJENOG KOMADA Da bi obradom savijanjem dobili predmet traženih dimenzija i oblika, potrebno je da odredimo tačne dimenzije početnog materijala. Početni materijal određuje se na osnovu crteža gotovog komada. Ako pretpostavimo da je potrebno uraditi predmet kao na slici 6.5.

Slika 02. Šema prikaza razvijanja radnog predmeta.

l

Prvo se podjeli gotov predmet na dužine t . Neka izdijeljen gotov komad ima n ravnih elementarnih dužina i N savijenih elementarnih dužina. Potrebno je sada odrediti dužinu L početnog materijala, odnosno razvijenu dužinu materijala koja će nam obezbjediti tačne dimenzije H i B. Kod n ravnih elemenata nije bilo deformacija, te se dužina bilo kojeg vlakna može uzeti u proračun. Međutim, N savijenih elemenata ima deformisana vlakna, te ako bi dužinu tih elemenata računali po spoljnoj krivini dobili bi veću dužinu od potrbne (jer su spoljna vlakna izdužena), pa bi morali vršiti naknadno odsjecanje kako bi dobili dimenziju B. Isto tako, ako bi dužinu savijenih elemenata raćunali po unutrašnjim vlaknima (koji su sabijeni), ukupna razvijena dužina bi bila manja od potrbne, te se ne bi mogle postići tražene dimenzije predmeta. Zaključak je dav je dužinu savijenih elemenata potrbno računati po onim vlaknima koja ne trpe deformacije, tj. koja se u procesu ne deformišu. Ta vlakna se nazivaju neutralna deformaciona vlakna. Pri savijanju predmeta postojaće dvije neutralne linije i to neutralna deformaciona linija, kod koje su deformacije nula (a napon postoji) i neutralna naponska linija kod koje su naponi nula (a deformacije postoje). To znači da nam profili savijenog predmeta mogu postojati vlakna koja se ne deformišu, ali koja imaju određeno naponsko stanje, odnosno mogu postojati vlakna koja nemaju napona, ali koja imaju određenu deformaciju.

n  r 

s 2

a kod čisto plastičnog savijanja po obrascu:

n  R  s

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

Poluprečnik krivine savijanja neutralne deformacione linije tako se dobije obrazac:

 d se određuje iz uslova jednakosti,

d  r    s gdje je

r

 - koeficijent koji se određuje iz tabele 38. na osnovu odnosa s . Pošto je ukupna dužina L početnog materijala sastoji iz ravnih i savijenih elementarnih dužina, onda se može napisati obrazac za L u slijedećem obliku:



n

N

i 1

j 1



L   li    0j   dj 

 180 o

Odnosno: n



i 1

180 o

L   li 

N

  0j   dj j 1

.

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

3. RADIJUSI SAVIJANJA Kod obrade svijanjem veoma važnu ulogu imaju radijusi savijanja. Postoje minimalni

r

radijus rmin i maksimalni radijus max savijanja. Na slici 6.7. pokazan je savijeni predmet sa označenim unutrašnjim radijusom r, vanjskim radijusom R i radijusom neutralne linije. Radijus predmeta kojeg želimo dobiti nesmije biti manji od rmin , jer će se pojaviti pukotine na spoljnim vlaknima, a isto tako predmet ne može imati radijus veći od maksimalnog, jer u tom slučaju nema trajnih deformacija, pa prema tome nema ni savijanja predmeta. Minimalni radijus savijanja određuje se na osnovu deformacije:

Slika 03. Šema radijusa na savijenom radnom predmetu.



  n , n

gdje je:

 - radijus savijanja bilo kojeg posmatranog vlakna; Najveće deformacije su na spoljnjem vlaknu i tamo se može očekivati prva pukotina te je:

 Rrs Ako smatramo da se savijanje vrši u čisto plastičnom području, onda je:

n  R  r Minimalni radijus pri kojem nastaje nova deformacija rmin , onda će biti:

rmin 

s

 m  12  1

Ispitujući materijal naučnici su dali izraz za minimalni radijus prema obrascu:

rmin  c  s gdje je c koeficijent koji zavisi od vrste materijala (tabela 39.)

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

Maksimalni radijus savijanja rmax se izvodi na sličan način polazeći od osnovnog obrasca za deformaciju  nekog vlakna poluprečnika ρ.



  n n

Uzimajući da je  n  r+s/2 i posmatrajući spoljnje vlakno kod koga je ρ= R, dobićemo jednačinu:

 R  r    s r 2

s  2

rsr



s r 2

s 2 

s 2 s r 2

.

Da bi u krajnjim vlaknima nastupile trajne plastične deformacije, napon mora biti najmanje jednak naponu na granici tečenja materijala    0, 2 , pri čemu se dobiva rmax poluprečnik kod koga se





javljaju plastične deformacije, pa je:

rmax 

sE , 2   0, 2

pri čemu se zanemaruje s/2 kao mala veličina u odnosu na r. Prema tome, radijus r predmeta kojeg savijamo mora biti u granicama:

rmin  r  rmax

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

4. IZRAČUNAVANJE POVRATNOG UGLA Pošto je svaka plastična deformacija praćena elastičnom deformacijom,te će se nakon prestanka dejstva sile pri savijanju, radni komad elastično ispraviti za određenu vrijednost. Prema tome, trajna deformacija je jednaka razlici plastične i elastične deformacije



t

  p  e 

.

Da bi smo mogli izraditi predmet tačnih dimenzija, moramo znati odrediti veličinu tog elastičnog ispravljanja radnog komada. Na slici 6.8. prestavljen je radni predmet u dva položaja.

Slika 04. Šema povratnog ugla.

Znamo da je    2  1

gdje je:

-  2 - ugao savijanja gotovog predmeta, -  1 - ugao savijanja koji treba da ima alat (nepoznato). Onda je:

1   2   Da bi se mogao odrediti povratni ugao, uvodi se faktor elastičnog ispravljanja i označava se sa k, gdje je:

r 

s

1  2. k 2  1 r  s 2

2

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

Pošto je:

 2  180 o   2

1  180 o  1 onda je:

 2  180 o   2

1  180 o  1 te se dobiva izraz za povratni ugao:

   2 

1  k  k

faktor k zavisi od vrste materijala i odnosa r/s i dat je na sl 6.9 (u tabelama). Analitički se k može izračunati po obrascu:

s 2 k s r2  2 r1 

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

5. SILE SAVIJANJA Osnova za proračun sile savijanja su momenti vanjskih sila i moment unutrašnjih sila predmeta i oni treba da budu jednaki. Potrebna sila zavisi od oblika koji želimo dobiti pri savijanju radnog predmeta. Zbog toga, treba posmatrati različite oblike savijanja i za svaki konkretan slučaj sila savijanja je različita. Današnja industrijska proizvodnja zahtjeva veliki broj različitih oblika i profila predmeta koji treba biti savijen. Sile savijanja ćemo odrediti za neke osnovne oblike.

5.1. Savijanje dvostrukog ugla Na slici 05. a) prestavljena je šema procesa savijanja dvostrukog ugaonika. Sila F tiskača može se razložiti na dvije paralelne komponente F/2, koje djeluju na udaljenost l od centra radijusa kalupa rk . Kao što se zapaža, proces je simetričan, te se može posmatrati samo jedna strana dvostrukog ugaonika. Na slici 06. b) prestavljena je šema sila koje djeluju u procesu savijanja. Iz šeme sila možemo uočiti da je sila F/2 uzrok pojave sila na kalupu. U posmatranom trenutku procesa, sila F/2 djeluje u tački B lima i uslovljava pojavu reaktivne sile FA . Na mjestu dodira lima i kalupa u tački A, u tački B sila F/2 zapravo se manifestuje na limu kao sila:

FB 

F 2  cos 

Sila savijanja određuju se na osnovu uslova jednakosti vanjskog momenta savijanja FA  x momenta unutrašnjih sila M, odnosno:

M  FA  x , Sila FA se određuje iz uslova statičke ravnoteže rastavljanjem sila na vertikalne i horizontalne komponente, te imamo da je:

FA 

F 2  cos 

Slika 05. Šema savijanja dvostrukog ugla.

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

Krak sile x, se određuje iz uslova jednakosti dužine l, i projektovanih dužina horizontalnu osu:

rt , s, rk , x na

L  rt  sin   s  sin   x  cos   rk  sin  Pošto je u osnovnom položaju dana dužina prethodnu jednačinu dobivamo da je krak sile:

x l

l  rt  rk  s te zamjenom ove vrijednosti u

1  sin  cos 

Sila savijanja dvostrukog ugaonika može izraziti:

F

2M  1  sin   l - važi za savijanje u otvorenom kalupu

Za savijanje u kalupu sa izbacivačima, sila se mora povećati za veličinu sile izbacivanja. Sila izbacivanja određuje se po obrascu:

F1  1,3  F Imamo i obrasce za unutrašnje momente i zavise od toga da li se savijanje vrši u elastičnoplastičnom području ili u čisto plastičnom području:

M   0, 2 

b  s2 za elastično-plastično područje 4

b  s2 - za čisto plastično područje M  n  m  4 gdje je n==1,6- 1,8 korekcioni koeficijent očvršćavanja.

5.2. Savijanje jednostrukog ugaonika Primjer savijanje jednostrukog ugaonika prikazano je na slici 06. a)

Slika 06. Šema a) savijanja jednostrukog ugaonika.

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

Oznake na slici predstavljaju sljedeće: 1. Kalup za savijanje, 2. Tiskač, 3. Ploča držača, 4. Opruga držača, 5. Gornji nosač alata, 6. Lim.

Slika 07. Šema dubokog izvlačenja

Na osnovu slike 06. a)nproces savijanja jednostrukog ugaonika je potpuno identičan procesu savijanja dvostrukog ugaonika, te je sila potrebna za savijanje jedne strane dva puta manja od sile kod dvostrukog ugaonika, te je:

F

M  1  sin   - važi za savijanje jednostrukog ugaonika l

5.3. Savijanje ''V'' profila Na slici 08. predstavljeno je slobodno savijanje ''V'' profila. Sila savijanja takođe se određuje hna osnovu jednakosti vanjskih i unutrašnjih momenata, tj. M  FA  x zbog simetričnosti procesa, možemo posmatrati samo jednu stranu, odnosno jedan oslonac, uz prethodno razlaganje sile tiskača, F na dvije paralelne komponente F/2, od kojih jedna djeluje u tački B, a druga u tački C. Iz uslova statičke ravnoteže možemo odrediti otpor oslonca FA , tako što ćemo silu razložiti na komponente u horizontalnom i vertikalnom pravcu. Tako dobivamo da je:

FA 

F 2  cos

 2

.

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

Izraz za potrbnu silu savijanja dat je u obliku:

F

4M l k  2l  sin



 cos 2

 2

,

2

gdje je: M - moment unutrašnjih sila. Na slici 08. a) predstavljeno je, šematski, savijanje u kalupu. Sila se dosta teško analitički određuje, jer radni komad u toku savijanja dva puta poprima ugao kalupa. To se može vidjeti i iz slike 6.13.b. gdje su prikazane 4 faze. U I fazi tiskač lagano pritiskuje lim savijajući njegov središnji dio prema dolje. Pri tome su tačke A i A’ mjesta u kojima se materijal oslanja o kalup. U II fazi materijal se oslanja o kalup u tačkama A i B, kada je već tiskač savio lim tako da on poprima prvi put ugao kalupa. Nakon toga sila raste, tiskač se pomjera i dalje vertikalno, i u fazi III materijal poprima ugao tiskača i radijus tiskača, pri čemu krakovi materijala naliježu na bočne strane tiskača. Poslije toga u IV fazi završava se savijanje kada materijal ponovo poprima (po drugi put ) ugao kalupa, i time dobiva konačne dimenzije.

Slika 08. Šema a) i b) savijanje ''V'' profila u kalupu.

Sila se određuje po izrazu:

F

2M

n

 ctg

 2

Radijus neutralne linije se određuje po obrascu:

 n  rt  0,5  s .

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

5.4. Kružno savijanje Kružno savijanje, danas se veoma često koristi u mašinstvu. Sila savijanja najlakše se može odrediti na osnovu deformacionog rada kod kružnog savijanja. Deformacioni rad je:

W  M   F  n  pa je sila za kružno savijanje dana obrascem:

F

M

n



M r  0,5  s ,

gdje su: M - moment savijanja, φ - ugao savijanja,

 n - poluprečnik krivine neutralne linije napona, r - unutrašnji poluprečnik radnog komada, s - debljina lima (materijala).

Slika 09. Šema prikaza kružnog savijanja.

Alati za savijanje razlikuju se od alata za prosijecanje uglavnom samo u pogledu konstrukcije tiskača i kalupa. Ostali dijelovi su identični. Tiskač i kalup se obično izrađuju od čelika, cementiraju se i kale površinski na tvrdoću 55-60 HRc.

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

Slika 10. Šema prikaza elemenata i dimenzija alata. Oznake na slici predstavljaju sljedeće: 1. Kalup za savijanje, 2. Tiskač, 3. Ploča držača, 4. Spoljnica držača, 5. Donji nosač alata.

Prema slici 10. dimenzije se određuju na slijedeći način: a) Radijus tiskača

rt

Ako je zadovoljen uslov da je radijus gotovog komada u intervalu tiskača određuje po obrascu:

rmin  r  rmax , onda se radijus

s s  rt  k   r    2 2 ,  gdje je:

k

2  1 - faktor elastičnog ispravljanja

b) Radijus kalupa

rk

Određuje se u zavisnosti od visine radnog komada h i debljine lima s, prema tabeli 11.

c) Ukupna visina kalupa H k Za komade većih visina ( sl.6.15.) H k  H d  H  rk

SEMINARSKI RAD

''Konstrukcija alata za savijanje''

gje je: - H d - visina držača (izbacivača) zavisna od debljine lima - H - visina radnog dijela kalupa. Za radne komade manjih visina (slika 11. a)

H k  H d  h  t  rk gdje je t dato u ovisnosti od s i to: s