Îndoirea tablelor - descrierea procedurii

Îndoirea este o operaţia tehnologică de modificare a formei şi dimensiunilor semifabricatelor, fără îndepărtare de material, adică se modifică forma unui semifabricat prin încovoiere plană în jurul unei muchii rectilinii.
Îndoirea este procedeul de prelucrare prin deformare prin care o tablă plană este curbată cu o anumită rază de îndoire „R”. În procesul de îndoire a unui material de grosime „g”, numai fibra neutră îşi păstrează dimensiunea iniţială (rămâne nedeformată). Fibra exterioară se lungeşte, datorită unor tensiuni de întindere care apar pe suprafaţa exterioară a tablei în zona îndoită, iar fibra interioară se scurtează, datorită tensiunilor de compresiune ce apar în zona interoară a curburii.

Fig. 1: Schema procesului de îndoire

Cunoaşterea fibrei nedeformate în zona îndoită „B” (Fig. 1:) este foarte utilă pentru dimensionarea semifabricatului ce urmează să fie supus îndoirii. Dacă se presupune că fibra neutră (Rfn) are raza de curbură Rfn=R+0,45g, atunci lungimea fibrei neutre în zona îndoită este dată de relaţia:

B=\left (R+0.45\times \mathit{g} \right )\frac{2\pi \alpha }{360}

în care \alpha este unghiul de îndoire, iar g reprezintă grosimea materialului.

În realitate deformaţiile din zona îndoită sunt mult mai complexe, dar dacă raportul dintre lăţimea şi grosimea tablei este mai mare de 8 se poate considera că au loc numai deformaţiile fibrelor longitudinale, paralele cu axa neutră.

Deoarece deformaţiile sunt cu mult mai mari cu cât raportul dintre \frac{g}{r} este mai mare, trebuie avut grijă să nu apară fisuri pe suprafaţa întinsă a materialului. Din aceste motive, raza de îndoire se exprimă prin multipli ai grosimii tablei. Pentru prevenirea fisurării tablei şi a deteriorării sculelor de deformare se recomandă ca această rază de îndoire să fie de minim 0,8 mm, chiar şi în condiţiile deformării tablelor cu plasticitate ridicată.

Raza minimă de îndoire poate fi determinată, cu destul de mare precizie, luând în considerare valoarea gâtuirii „Z” obţinută în urma încercării la tracţiune a materialului, cu una din relaţiile.: 

R_{min.}=\mathit{g}\left (\frac{1}{2Z}-1 \right ), când Z < 0.2
R_{min.}=\mathit{g}\left (\frac{1-Z^{2}}{2Z-Z^{2}}\right ), când Z > 0.2

Deformarea plastică a tablelor este însoţită şi de o deformare elastică (datorită legii coexistenţei deformării elastice cu a deformării plastice). Această deformare elastică face ca materialul, în urma procesului de îndoire, să se relaxeze şi să revină la o altă rază de îndoire „Rf diferită de raza de îndoire „R0 a materialului aflat sub sarcină (Fig. 2).

Fig. 2: Relaxarea elastic a materialului după îndoire (ao - unghiul de îndoire; ax - unghiul de îndoire după relaxarea materialului)

Există mai multe relaţii de calcul a relaxării elastice, dar nici una dintre ele nu conduce la obţinerea unor valori exacte. Din aceste motive sunt necesare determinări experimentale ale relaxării. Pentru reducerea numărului de determinări experimentale se recomandă, totuşi, utilizarea unor asemenea relaţii de calcul. De exemplu, pentru îndoirea tablelor din aliaje refractare se recomandă relaţia următoare:

\frac{R_{0}}{R_{f}} = 4\left (\frac{R_{0}\sigma _{c}}{E \times g} \right )^{3}-3\frac{R_{0}\sigma _{c}}{E\times g}+1
în care:
  • σc-limita de curgere a materialului
  • E- modulul de elasticitate

Compensarea relaxării elastice se face prin dimensionarea corespunzătoare a sculelor, în sensul că ele se vor construi la o rază „Ref” care va fi mai mică decât raza „R0 prevăzută piesei în desenul de execuţie.

Îndoirea la raze mari de îndoire se face în dispozitive cu role sau prin utilizarea anumitor şabloane.

Îndoirea în dispozitivul cu 3 role (virolare) presupune introducerea tablei 3 între rolele 1, 2 şi 5 (Fig. 3). Deplasarea între aceste role, în ambele sensuri a tablei, se face prin intermediul rolei de antrenare 1 rotită manual sau mecanizat. Forţa necesară procesului de îndoire se realizează prin intermediul rolei 2. Modificarea razei de îndoire se face prin deplasarea rolelor 2 şi 5.

Fig. 3: Îndoirea în dispozitivul cu 3 role (virolare)
CC – cilindrii de curbare; SF – semifabricat; PC – produs curbat.

Cu acest dispozitiv se pot obţine diferite unghiuri şi raze de îndoire, putându-se ajunge până la obţinerea unui cilindru, situaţie în care capetele tablei se împreunează. Îndoirea la unghiuri mari sau raze mai mici de îndoire se realizează treptat.

Îndoirea cu o rolă (Fig. 4) se realizează numai la raza rolei. 

Fig. 4: Îndoirea cu o rolă 

Pentru aceasta, tabla 3 este prinsă pe rola 6 prin intermediul sistemului de prindere 4 (bride, şuruburi etc.) Tabla este îndoită prin rotirea rolei 6, în timp ce tabla este menţinută în contact cu aceasta prin intermediul forţei de întindere Fj. Raza de îndoire poate fi mică, în limitele tehnologice de prelucrare a rolei. Unghiul de îndoire poate fi aproape 1800.

Îndoirea cu segment de rolă

Fig 5.: Îndoirea cu segment de rolă

Este o operaţie asemănătoare îndoirii în dispozitivul cu rolă. În această situaţie, tabla 3 este adusă în contact cu rola de îndoire prin intermediul rolei secundare 2 apăsată cu o forţă F. Unghiul de îndoire este limitat de unghiul segmentului de rolă.

Îndoirea la raze mici de îndoire 

Cel mai adesea, pentru îndoirea la raze mici de îndoire a pieselor de dimensiuni mari se utilizează maşina de îndoit manuală (Fig. 6). În această situaţie, tabla 4 se prinde între fălcile 1 şi 2 care, în acelaşi timp, constituie şi muchiile în jurul cărora se execută îndoirea. O falcă mobilă 3, care se poate roti în jurul unei axe paralele cu muchiile fălcilor de prindere şi trece prin vârful acestora, îndoaie materialul la unghiul dorit. Posibilităţile de îndoire sunt limitate, atât sub raportul valorii unghiurilor, al razei de îndoire, cât şi al combinaţiilor de îndoire.

Fig. 6: Maşina de îndoit manuală

Îndoirea pe maşini de îndoit tablă cu acţionare mecanică (Fig. 7) se face în matriţă, aceasta asigurând o precizie mai mare de îndoire şi o productivitate ridicată.

Pe masa maşinii de îndoit 4 este montată matriţa 2. Tabla 1 (piesa) este îndoită cu ajutorul poansonului 3 asupra căruia acţionează o forţă de îndoire F. Această forţă se calculează cu relaţia:

F=K\frac{b \times g^{2}}{L}\sigma _{r}
în care:
  • K - un coeficient stabilit în funcţie de raportul dintre distanţa dintre reazeme (K=1,25÷1,6 pentru l=(15÷5)g);
  • L - distanţa dintre reazeme; 
  • b - lăţimea semifabricatului; 
  • σr- rezistenţa de rupere la tracţiune.
Fig. 7: Maşina de îndoit tablă cu acţionare mecanică (Abcant)

Îndoire prin rotire (rotary bending)

Poansonul este un cilindru care are un canal cu unghiul dorit de îndoire. Tabla e aşezată pe matriţă, cu zona în care se doreşte îndoirea pe marginea matriţei. Nu se utilizează dispozitive pentru fixarea tablei Forţa e transmisă poansonului care forţează tabla să se îndoaie. Canalul de pe cilindru are 2 suprafeţe: una care face contact cu tabla transmitând presiunea şi una ţinând tabla în poziţie pe matriţă 

Fig.8.: îndoire prin rotire

Îndoirea în matriţă

În această situaţie procesul se desfăşoară pe maşini de îndoit cu acţionare mecanică utilizând matriţe de complexitate mai mare, dar care conduc la o creştere a productivităţii. Prin acest procedeu se obţin profile de diferite configuraţii, funcţionale sau de rezistenţă, în serie mare şi de calitate superioară. Pentru obţinerea piesei (Fig. 9), materialul 1, debitat la dimensiunile necesare, este aşezat în matriţa 2 şi poziţionat corespunzător în raport cu cavitatea acesteia. Poansonul 3, acţionat de forţa F, v-a îndoi tabla conform geometriei cavităţii matriţe. După terminarea îndoirii, datorită relaxării elastice a materialului tablei, piesa reţinută în matriţă şi este scoasă cu ajutorul extractorului 4 care acţionează asupra piesei cu forţa de scoatere Fs.

Fig. 9: îndoirea în matriţă