PL155358B1

PL155358B1 - Method of bending metal workpieces

Info

Publication number: PL155358B1
Application number: PL26903987A
Authority: PL
Inventors: Henryk Frackiewicz; Zygmunt Mucha; Wieslaw Trampczynski; Adolf Baranowski; Andrzej Cybulski
Original assignee: Polska Akademia Nauk Instytut Podstawowych Problemow Techniki
Priority date: 1987-11-26
Filing date: 1987-11-26
Publication date: 1991-11-29
Also published as: DE3875078D1; DE3875078T2; EP0317830A2; ES2035219T3; EP0317830A3; JPH01192423A; PL269039A1; EP0317830B1

Description

OPIS PATENTOWY

155 358

URZĄD

PATENTOWY

RP

Patent dodatkowy do patentu nr-Zgłoszono: 87 11 26 (P. 269039)

Pierwszeństwo Int. Cl.⁵

B21D 11/20

Zgłoszenie ogłoszono: 89 05 30

Opis patentowy opublikowano: 1992 02 28

Twórcy wynalazku: Henryk Frąckiewicz, Zygmunt Mucha, Wiesław Trąmpczyński, Adolf Baranowski, Andrzej Cybulski

Uprawniony z patentu: Polska Akademia Nauk,

Instytut Podstawowych Problemów Techniki,

Warszawa (Polska)

SPOSÓB GIĘCIA PRZEDMIOTÓW METALOWYCH

Przedmiotem wynalazku jest sposób gięcia przedmiotów metalowych takich jak: płyt, prętów itp. wzdłuż linii prostych. Sposobem tym możliwe jest gięcie przedmiotów o stałej lub zmiennej grubości a także wykonanych z materiałów kruchych i o dużej twardości.

Dotychczas znane sposoby gięcia tego typu przedmiotów wykonanych z metali polegają na plastycznym odkształcaniu materiału przedmiotu przez przyłożenie odpowiednich co do wielkości i kierunku sił zewnętrznych. Gięcie dokonuje się za pomocą przystosowanych do tego celu zaginarek, tłoczników i pras, często o dużych mocach.

W giętym materiale występują sprężyste naprężenia ściskające, rozciągające, które powodują zmianę kształtu po zakończeniu działania siły. Ma to wpływ na dokładność zamierzonego odkształcenia i utrudnia sterowanie tym procesem. Naprężenia te ponadto powodują obniżenie trwałości zagiętych przedmiotów w procesie eksploatacji. Znanymi sposobami nie można giąć materiałów kruchych i materiałów o dużej wytrzymałości i twardości.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu zmiany krzywizny przedmiotów z metali, który nie wymaga stosowania ciężkich urządzeń a jednocześnie umożliwia kontrolowany proces gięcia z dużą dokładnością odkształcenia.

Istota wynalazku polega na tym, że przedmiot poddaje się wielokrotnemu, dwufazowemu procesowi przez nagrzewanie i chłodzenie materiału, wzdłuż wybranej linii.

W pierwszej fazie materiał poddaje się nagrzewaniu skoncentrowanym strumieniem energii wywołującej efekt cieplny. Nagrzewanie prowadzi się równocześnie wzdłuż całej linii lub przesuwającym się wzdłuż linii, z wyznaczoną prędkością, strumieniem energii. W wyniku tego materiał doprowadza się do lokalnego uplastycznienia z częściowym nadtopieniem w obszarze linii grzania. Lokalny charakter działania strumienia energii i szybkość nagrzewania powoduje, że materiał w tym obszarze ulega plastycznej deformacji na skutek zjawiska rozszerzalności termicznej.

155 358

155 35Β

Nagrzewanie prowadzi się tak, aby strefa materiału objęta deformację sięgała na głębokość mniej szą niż grubość przedmiotu. Następnie, w drugiej fazie, przedmiot ochładza się w temperaturze otoczenia lub dodatkowo w strumieniu nadmuchiwanego gazu do stanu, w którym materiał w całym obszarze przestanie być plastyczny. Podczas chłodzenia materiał w uprzednio zdeformowanej strefie ulega skróceniu wzdłuż włókien prostopadłych do linii nagrzewania na skutek termicznego kurczenia się materiału. W wyniku skręcania się tych włókien materiału występujęcego w strefie nie obejmującej całej grubości przedmiotu następuje jego zagięcie się o pewien kęt wzdłuż linii pierwotnego nagrzania. Powtarzajęc powyższę operację wielokrotnie doprowadza się przedmiot do żądanej krzywizny.

Wskazane jest aby proces nagrzewania i chłodzenia prowadzony był w atmosferze gazu ochronnego w celu wyeliminowania szkodliwego wpływu powietrza na nagrzany obszar.

Korzystnym jest prowadzenie procesu nagrzewania za pośrednictwem warstwy substancji zwiększającej współczynnik absorpcji strumienia energii. Jako źródło energii stosuje się wiązkę promieniowania laserowego lub wiązkę elektronów o dużej mocy.

Sposób według wynalazku umożliwia gięcie przedmiotów z metali bez konieczności stosowania sił zewnętrznych. Sposobem tym można zmieniać krzywiznę przedmiotów na odległość, w warunkach gdy dostęp do przedmiotu nie jest możliwy. Ponadto sposób według wynalazku pozwala na gięcie przedmiotów wykonanych z materiałów kruchych i o dużej twardości do czego dotychczasowe rozwiązania nie miały zastosowania.

Przedmiot wynalazku jest bliżej objaśniony na przykładzie wykonania zilustrowanym za pomocą rysunku, na którym fig. 1 ilustruje sposób gięcia na przykładzie przedmiotu w postaci płytki płasko-równoległej pokazanej w widoku z boku, fig. 2 - tę samą płytkę w widoku z przodu, fig. 3 pokazuje fragment płytki w przekroju w fazie nagrzewania, fig. 4 - ten sam fragment płytki w przekroju w fazie chłodzenia, fig. 5 - przedstawia wykres rozkładu temperatury nagrzewania materiału w funkcji grubości przedmiotu występujących w fazie nagrzewania, a fig. 6 - wykres rozkładu naprężeń w fazie chłodzenia.

W pierwszej fazie materiał giętego przedmiotu poddaje się nagrzaniu skoncentrowanym strumieniem energii SE promieniowania lasera. Działając strumieniem energii SE promieniowania lasera przesuwającym się z prędkością V wzdłuż linii gięcia AA doprowadza się do lokalnej zmiany stanu materiału, charakteryzującego się odmiennymi własnościami na głębokości G. W tym obszarze można zaobserwować dwie strefy. W strefie pierwszej S^ materiał znajduje się w stanie ciekłym, w strefie drugiej S^ materiał jest uplastyczniony. Linią U zaznaczono granicę obszaru obejmującego strefę stopienia i uplastycznienia.

Pokazany schematycznie na fig. 5 rozkład temperatury nagrzanego materiału w funkcji gruboś ci L przedmiotu obrazuje dodatkowo temperaturę topnienia materiału Tm. W fazie nagrzewania materiał znajdujący się w strefach pierwszej 5^ i drugiej pod wpływem naprężeń wywołanych efek tem rozszerzalności termicznej wypływa zajmując zwiększoną objętość. Ten rozkład temperatur w stosunku do wartości temperatury topnienia Tm decyduje o wielkości strefy pierwszej S^ i drugiej S? w stosunku do grubości materiału L.

W drugiej fazie materiał chłodzi się w temperaturze otoczenia lub dodatkowo w strumieniu nadmuchiwanego gazu. Stan materiału w obszarze linii gięcia, to jest stan płynny materiału w strefie pierwszej S^ i stan uplastyczniony w strefie drugiej S2, przekształcają się w materiał będący w stanie stałym. Granicę obszaru, który w fazie nagrzewania stanowił strefę uplastycznienia i stopienia oznaczono na fig. 4 linią U.

Na skutek naprężeń wewnętrznych G wywołanych kurczeniem się chłodzonego materiału następuje jego skrócenie wzdłuż włókien oznaczonych strzałkami, co obrazuje rozkład naprężeń wzdłuż grubości L przedmiotu pokazany na fig. 6. Na wykresie tym zaznaczono wartość granicznego naprężenia ściskającego £ i granicznego naprężenia rozciągającego G _τ· Przekroczenie dla przykładu naprężeń granicznych G _Γ spowodować może, dla materiałów kruchych, pęknięcia materiału.

Warunki grzania i chłodzenia dobiera się tak, aby powstałe w materiale naprężenia rozciągające i ściskające były znacznie mniejsze niż ich naprężenia graniczne.

155 356

Zmieniając parametry grzania i chłodzenia jak: szybkość przemieszczania strumienia, moc strumienia energii, zastosowanie warstwy absorbującej strumień energii i inne, wpływa się na rozkład temperatury w fazie nagrzewania (fig. 5) i rozkład naprężeń w fazie chłodzenia (fig. 6). W ten sposób steruje się wielkością powstających w materiale naprężeń aby uzyskać żądany kąt cT zagięcia przedmiotu (fig. 1, fig. 4) w jednym cyklu nagrzewania i chłodzenia wzdłuż linii gięcia .

W przykładowym wykonaniu procesowi gięcia według wynalazku poddana została płaskorównoległa płytka pokazana na fig. 1 i fig. 2. Płytka o grubości 0,7 mm i szerokości 20 mm wykonana jest ze stali 50 HSA. Płytkę tę nagrzewa się wiązką promieniowania lasera CO^ pracy ciągłej o mocy 300 W. Źródło energii przemieszcza się wzdłuż linii AA (fig. 2) z prędkością 2,5 cm/sek. Wiązka ta skierowana jest prostopadle do powierzchni płytki.

Nagrzewanie odbywa się w atmosferze ochronnej argonu. Płytka chłodziła się w otaczającej atmosferze w czasie około jednej sekundy. Przy zastosowaniu takich warunków sposobu, po jednokrotnym cyklu nagrzania i chłodzenia płytka ulega zagięciu o kąt 2,6*.

Sposób gięcia przedmiotów według wynalazku może być zastosowany do kształtowania przedmiotów z materiałów kruchych lub o dużej wytrzymałości. Ponadto sposób ten może być zastosowany do kształtowania przedmiotów w warunkach kiedy dostęp do nich jest utrudniony jak np. znajdujących się w próżni łub w warunkach zagrożenia (wysokie napięcie, szkodliwe promieniowanie itp.).

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób gięcia przedmiotów metalowych wzdłuż linii prostych, polegający na odkształceniu przedmiotu, znamienny tym, że materiał giętego przedmiotu poddaje się wielokrotnemu, dwufazowemu procesowi nagrzewania i chłodzenia, w którym w pierwszej fazie materiał poddaje się nagrzaniu działając skoncentrowanym strumieniem energii wywołującej efekt cieplny wzdłuż wyznaczonej uprzednio linii gięcia i doprowadza się do częściowego uplastycznienia, topienia i wypływu materiału w obszarze linii gięcia natomiast w drugiej fazie materiał poddaje się chłodzeniu w temperaturze otoczenia, lub dodatkowo w strumieniu nadmuchiwanego gazu, powodującemu skrócenie materiału wzdłuż włókien prostopadłych do linii gięcia na skutek naprężeń wewnętrznych wywołanych termicznym skurczem materiału w nagrzanym paśmie i doprowadza się do trwałej zmiany odkształcenia przedmiotu.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nagrzewanie prowadzi się za pomocą zaogniskowanej wiązki promieniowania lasera lub skoncentrowanej wiązki elektronów o dużej mocy.
3. Sposób według zastrz. 1. znamienny tym, że materiał doprowadza się do stanu uplastycznienia i nadtopienia na głębokość (G) mniejszą od grubości przedmiotu (L).
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny ty że nagrzewanie prowadzi się w atmosferze ochronnej, eliminując dostęp powietrza do grzanego obszaru.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnię nagrzewanego materiału pokrywa się substancją zwiększającą współczynnik absorpcji strumienia energii.

155 358

Fig.l Fig. 2

Fig. 3

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz.

Cena 3000 zł